基于Si4432散射式大气低能见度仪电路设计

　　本文针对能见度检测仪实际应用中功耗、实时性、扩展兼容性和成本等问题，提出了一款基于Si4432散射式大气低能见度仪的设计方案。设计方案中根据测量前向散射光强度为能见度检测原理，以Cortex-M3及RTOS 设计的嵌入式控制系统实现数据读取、处理及系统管理，预警数据采用三种输出模式。场外实验表明样机的功能和性能均达到了设计要求，误差控制在20%内，具有较强的实用性。

　　以Cortex-M3架构微处理器为核心的控制系统硬件实现

　　系统控制和数据处理部分采用基于ARM Cotex-M3内核架构的LPC17xx系列微处理器为核心的硬件平台。LPC17xx 系列具有较高的运行速度和丰富的外设接口，满足系统低成本、低功耗、高性能等方面的设计要求。控制系统硬件主要包括微处理器及其支持电路、实时时钟（RTC）、SD 卡本地数据存储电路、数据传输接口电路、AD 采样电路、温度监测电路等。AD 采样使用16位精度具有自动校准功能的AD7705芯片，使用SPI 总线与处理器连接。温度传感器芯片选用LM75，使用IIC 总线连接到处理器。数据传输主要通过USART 和SPI 数据总线接口实现。充分利用LPC17xx 的定时器，实现数字波形发生器和数字移相器，输出用于发射光源调制的低频方波信号，以及用于锁相放大器相敏检波的移相参考波形，采用负反馈比较测量法自动确定所需调节的相位， 以替代传统的模拟电路搭建的方波发生电路及移相电路，可简化硬件设计和相位调节的调试过程，有利于提高稳定性。

　　多种传输方式的预警数据输出电路设计

　　低能见度预警检测仪的数据输出支持有线传输、短距离无线数传以及公网数据传输多种方式，以应对现场复杂的安装条件以及多样的应用需求，灵活方便地接入到预警监测网络。有线传输使用MAX232和MAX13082接口芯片，与微处理器UART 连接，完成TTL 电平到RS232和RS485电平标准的转换。短距离RF 无线数传采用Silicon Labs EZRadioPRO 系列ISM 频段无线收发一体芯片SI4432，该芯片最新版本为B1版，与微处理使用SPI 总线进行数据收发通信，在240-960MHz 频率下输出功率可达+20dBm，接收灵敏度-117dBm，实现500米范围内与可变信息牌、路标等现场预警执行设备的可靠数据传输。在没有有线通讯网络建设的地方，使用GPRS 或CDMA 公网数据传输，将预警情况及时通报给指挥监控中心及相关值班人员。多种方式数据传输采用模块化设计，可根据需要进行相应传输模块的配置和更换，有助于降低设备成本。低能见度预警检测仪数据收发电路如图2所示，其中U9为SI4432，由于采用单天线形式，使用了射频收发转换开关UPG2214T进行收发切换。

　　散射式低能见度预警检测仪主要由红外光发射和接收装置、信号调理模块、控制模块、预警数据输出模块和电源模块组成。本文提出的基于Si4432散射式大气低能见度仪的设计方案。方案中所设计系统的控制和数据处理采用基于ARMCortex-M3内核的新型微处理器，运行RTOS 实时操作系统，有利于提高运行效率和系统性能，便于升级、维护和扩展。具有良好的社会效益和广阔的产业化前景。