基于MSP430的飛機(jī)無線電高度表的超聲波模擬方案設(shè)計

盛騰飛

摘 要：低高度無線電高度表是用于測量飛機(jī)在低空飛行時地面到飛機(jī)的垂直距離的無線電設(shè)備，是近地警告系統(tǒng)的組成部分、是重要的飛行器儀表之一。本設(shè)計以TI公司生產(chǎn)的16位低功耗單片機(jī)MSP430F169為主控制核心，以STC公司生產(chǎn)的8位高速單片機(jī)STC89C52作為輔助測距核心。模仿飛機(jī)低高度無線電高度表的工作情況，使用超聲波代替無線電進(jìn)行測距。本設(shè)計主要由超聲波測距模塊、MSP430F169主控制模塊、12864液晶顯示模塊、4X4鍵盤模塊、WT588D語音報警模塊組成。

關(guān)鍵詞：無線電高度表；MSP430F169；測距；聲光報警

中圖分類號：TH702 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）20-0089-02

Abstract： The low altitude radio altimeter is a radio equipment used to measure the vertical distance between the ground and the aircraft in low altitude flight. It is an integral part of the near earth warning system and one of the important aircraft instruments. In this design， the 16-bit low-power single-chip microcomputer MSP430F169 is the main control core， and the 8-bit high-speed single-chip microcomputer STC89C52 produced by STC company is the auxiliary ranging core. The paper simulates the work of the aircraft's low altitude radio altimeter and uses ultrasound instead of the radio for ranging. This design is mainly composed of ultrasonic ranging module， MSP430F169 main control module， 12864 LCD module， 4×4 keyboard module， WT588D voice alarm module.

Keywords： radio altimeter； MSP430F169； ranging； acousto-optic alarm

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 主控制模塊

本設(shè)計的主控制模塊是基于MSP430F169低功耗16位單片機(jī)的最小系統(tǒng)。此最小系統(tǒng)基于MSP430手冊設(shè)計，在公版基礎(chǔ)上增加了供電兼容電路，使用一個3.3V的穩(wěn)壓芯片AMS1117-3.3，可直接使用5V供電。

1.2 超聲波模塊的電路設(shè)計

1.2.1 調(diào)制發(fā)射部分

本設(shè)計調(diào)制部分由51單片機(jī)定時器主動產(chǎn)生40KHZ的占空比為50%的矩形波，由于51單片機(jī)本身的帶載能力有限，不足以產(chǎn)生足夠的功率，驅(qū)動超聲波發(fā)生管，故本設(shè)計加上了一級推挽電路。由與非們74HC04組成的功率推挽電路，其作用單純的將51單片機(jī)的輸出信號進(jìn)行功率放大放大，使超聲波可以發(fā)生足夠的距離。超聲波調(diào)制部分的原理圖如下：

1.2.2 超聲波接收部分

本設(shè)計使用索尼公司生產(chǎn)的CX20106z作為40KHZ超聲波接收芯片。CX20106接收芯片接收40KHZ超聲波的原理和鑒頻器類似。通過其第5管腳的外接電阻可以調(diào)節(jié)CX20106的中心頻率，其調(diào)節(jié)范圍為30～60KHZ。CX20106內(nèi)部由前置放大器、限幅放大器、檢波器、帶通濾波器、積分器及整形電路構(gòu)成。

超聲波接收電路如圖2所示。

1.3 WT588D語音報警模塊

本設(shè)計使用WT588D應(yīng)用里面的按鍵模式應(yīng)用，儲存4段報警音，通過MSP430單片機(jī)給出大于10ms的低電平來模擬接地按鍵，4段報警音分別對應(yīng)WT588D芯片的P00～P03管腳，忙檢測輸出低電平，輸出模式為PWM波直接驅(qū)動喇叭發(fā)聲，其設(shè)計電路如圖3所示。

1.4 顯示模塊

12864顯示模塊，顧名思義，其橫向有128個點陣，縱向有64個點陣，沒16X16個點陣可以顯示一個漢字，每8X16個點陣可以顯示一個非中文字符，稱為半寬字體。因12864液晶顯示器本身不帶供電電路和灰度調(diào)節(jié)電路，故本設(shè)計需制作一個12864液晶顯示底座。

1.5 供電模塊

本論文所設(shè)計的這款可調(diào)穩(wěn)壓電源，采用三端集成LM317正電壓輸出和 LM337負(fù)電壓輸出的可調(diào)式穩(wěn)壓器來實現(xiàn)輸出電壓：正端輸出為1.25～14.26V，負(fù)端的輸出電壓為-1.25～-21.55V。

1.6 鍵盤設(shè)計

本設(shè)計所使用的鍵盤為4X4標(biāo)準(zhǔn)矩陣鍵盤由于MSP430的特殊性，在鍵盤的掃描輸入端應(yīng)提供4個上拉電阻，其余部分與51單片機(jī)的矩陣鍵盤無異。

2 本設(shè)計整體原理框圖

系統(tǒng)邏輯簡述：本設(shè)計是機(jī)載無線電高度表的超聲波模擬裝置，主要用作原理解析和教學(xué)教具。此裝置可以用來模擬飛機(jī)飛行時，無線電高度表的運行情況。首先，超聲波模塊通過發(fā)射、接收超聲波計算出設(shè)備的離地高度、對地接近速率和地形狀態(tài)。超聲波模塊將這些數(shù)據(jù)通過串口通訊反饋給MSP430F169主控制模塊，主控模塊對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先生成地形變化波形圖顯示在12864顯示模塊上，其次離地高度，對地接近速率和內(nèi)置的安全閾值進(jìn)行比較，如果超出了安全閾值，主控模塊控制WT588D模塊發(fā)出和飛機(jī)近地警告系統(tǒng)相同的告警音，如“TERRAIN，TERRAIN”、“WHOOP WHOOP，PULL UP，PULL UP”、“SINK RATE”等等，這樣就很好的模擬現(xiàn)實中無線電高度表的工作情況。本設(shè)計的鍵盤模塊主要用來常規(guī)操作和設(shè)置部分參數(shù)。

3 結(jié)束語

通過多方驗證，本設(shè)計可以很好的模擬無線電高度表和EGPWS近地警告系統(tǒng)的工作情景。操作者手持此設(shè)備，模擬飛機(jī)在空中飛行，則離地高度，對地接近速率以及垂直方向上的地形信息，都可以通過12864顯示器顯示出來，后期也可以通過軟件做出高度變化的折線圖，讓操作者對地形變化有一個更直觀的認(rèn)識。此設(shè)備可以應(yīng)用在飛行員和機(jī)務(wù)培養(yǎng)的教育教學(xué)中，讓學(xué)員很好的對低高度無線電高度表和EGPWS近地警告系統(tǒng)的工作情況有一個較好的認(rèn)知。

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