基于STM32的測量定位系統(tǒng)設(shè)計

第一章緒論1.1概述研究現(xiàn)狀在地質(zhì)勘探或是油田勘探的過程中，常會用到地震勘探。爆炸震源是地震勘探中廣泛采用的非人工震源。雖然目前已開展了重錘、連續(xù)震動源、氣動震源等一系列地面震源，但陸地地震勘探經(jīng)常采用的重要震源仍為炸藥。炸藥安放的過程中需要測量起爆電纜的長度，準(zhǔn)確的測定線路的長度是勘探順利進(jìn)行的前提和保證。但是由于炸藥安放在地面下的豎井中，難以直接測量線纜的長度。目前勘測中常使用的方法是利用電阻表測量電纜的電阻值，再通過換算得出導(dǎo)線的長度。測量過程中需要人工對測量結(jié)果進(jìn)行換算和記錄，不僅增加了勘探的工作量，在換算和記錄過程中還容易產(chǎn)生錯誤。在地址勘測中，勘測地點往往都在野外，缺乏固定的標(biāo)記物和指示。尤其在密林和荒漠等環(huán)境中，必須借助儀器來定位。目前最常用定位儀器通常都要使用到GPS。GPS是GlobalPositioningSystem〔全球定位系統(tǒng)〕的縮寫，是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)的建立從根本上解決了人類在陸地、海洋、航空、航天等各個方面的導(dǎo)航和定位問題,具有很高的實用價值。在電力系統(tǒng)通信和電力系統(tǒng)自動化等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)初，設(shè)計GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航，收集情報等軍事目的。但是，后來的應(yīng)用開發(fā)說明，GPS系統(tǒng)不僅能夠到達(dá)上述目的，而且用GPS衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航定位信號能夠進(jìn)行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位，米級至亞米級精度的動態(tài)定位，亞米級至厘米級精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量。因此，GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣泛的用途。用GPS信號可以進(jìn)行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。對于測繪領(lǐng)域，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的全國性的大地測量控制網(wǎng)，測定全球性的地球動態(tài)參數(shù)；用于建立陸地海洋大地測量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度的海島陸地聯(lián)測以及海洋測繪；用于監(jiān)測地球板塊運動狀態(tài)和地殼形變；用于工程測量，成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要手段。用于測定航空航天攝影瞬間的相機位置，實現(xiàn)僅有少量地面控制或無地面控制的航測快速成圖，導(dǎo)致地理信息系統(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測的技術(shù)革命。自從海灣戰(zhàn)爭中美軍成功地使用了全球定位系統(tǒng)〔GPS〕后，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品就成為全球軍隊武器裝備追逐的對象。與此同時，具有定位、測量、授時等功能的GPS技術(shù)被更多的行業(yè)所接受和采用，隨著信息產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代交通工具的開展，GPS技術(shù)更滲透于工作與生活的各個方面。近年來，水利事業(yè)中也頻繁地應(yīng)用到這項技術(shù)。應(yīng)用于水利部門，導(dǎo)航儀可以為防汛抗洪的指揮工作提供極大的方便和幫助。大水之年，受災(zāi)地區(qū)已是水天一片，公路被淹沒，通迅設(shè)施被沖毀，如何在沒有任何參照物的情況下，將大量搶險物資運送到指定地點，將緊急救援人員準(zhǔn)確調(diào)動到前線，"多用途衛(wèi)星導(dǎo)航定位儀"可以擔(dān)此重任。它能為救援工作提供指導(dǎo)行進(jìn)的電子地圖，救援人員根據(jù)電子地圖自行導(dǎo)航，借助衛(wèi)星定位技術(shù)和電子地圖顯示自行判讀，明確自己現(xiàn)在的地理位置和到達(dá)目的地的距離及所需時間。為保障迅速到達(dá)目的地，救援人員還可以在電子地圖中預(yù)設(shè)行進(jìn)路線，并在重要的位置進(jìn)行標(biāo)定，當(dāng)沿自選的路線行動，發(fā)生偏航時系統(tǒng)全自報警，保證正確地行動。當(dāng)前，對目的地及周邊環(huán)境的查詢需求帶動了GPS導(dǎo)航市場的繁榮。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，歐美國家導(dǎo)航設(shè)備普及率到達(dá)90%，日本更是超過95%。一項對3G應(yīng)用的展望和創(chuàng)意的專業(yè)調(diào)查顯示，17.79%的被調(diào)查者選擇了3G網(wǎng)絡(luò)視頻對話，15.34%的被調(diào)查者選擇了GPS/地圖搜索，在3G時代來臨之際，人們對GPS/電子地圖的關(guān)注，足以顯現(xiàn)它對日常生活中的重要性。2005年，我國民用汽車保有量就到達(dá)了3160萬輛，但是裝載導(dǎo)航設(shè)備的車輛，還缺乏2%。盡管不少汽車廠家對其高端車型在出廠前就安裝了導(dǎo)航系統(tǒng)，對其他低端車型也會有選裝導(dǎo)航產(chǎn)品的效勞，但價格不菲的車載導(dǎo)航儀讓不少買車的人放棄了實用性很強的導(dǎo)航配置。按照私人汽車擁有量年均增速20%測算，對導(dǎo)航產(chǎn)品的需求也是一個很大的增量。研究內(nèi)容目前使用的導(dǎo)航儀或全站儀等儀器中大都帶有GPS功能，但在地震勘測過程中，尋找的目標(biāo)是事先安裝好導(dǎo)線的目標(biāo)，坐標(biāo)是的，并不需要十分精確的目標(biāo)定位，只需引導(dǎo)使用者找到目標(biāo)即可。因此使用全站儀之類的儀器雖然精度高，但是由于使用復(fù)雜，且使用者需要進(jìn)行專門的培訓(xùn)，給勘測帶來諸多不便。而一般的導(dǎo)航儀采用的是電子地圖導(dǎo)航，需要公路或其他標(biāo)志物作為參考，顯然不適合野外使用。另外，由于儀器功能單一，使用者不得不攜帶多種儀器，更加重了使用者的負(fù)擔(dān)，降低了工作的效率。為解決上述問題，本設(shè)計將線路測量系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)集成在一起，并且在測量電阻的根底上增加了自動線長換算、換算參數(shù)標(biāo)定和存儲功能。同時，系統(tǒng)在測量線長時會自動記錄下測量點的坐標(biāo)，系統(tǒng)可以通過手動輸入坐標(biāo)或調(diào)用系統(tǒng)內(nèi)已存的坐標(biāo)指引使用者到達(dá)目標(biāo)點。在實現(xiàn)功能的同時盡量減小使用的復(fù)雜程度，降低使用者的工作量。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計2.1功能分析本設(shè)計將導(dǎo)航儀和線路測量系統(tǒng)集成在一起，根本功能為兩者功能的結(jié)合。即線纜電阻測量和系統(tǒng)導(dǎo)航。根據(jù)使用場合分析，由于系統(tǒng)測量的電纜為連接有雷管的起爆電纜，電流過大會造成危險。根據(jù)工業(yè)電雷管的國家標(biāo)準(zhǔn)GB8031—2005中規(guī)定電雷管的平安電流為0.18A，設(shè)計測量電流應(yīng)遠(yuǎn)小于0.18A。系統(tǒng)自動將測量得到的電阻換算成為線纜長度，由于線纜的長度不同將會導(dǎo)致?lián)Q算系數(shù)的變化，系統(tǒng)需在更換線纜材料時能夠?qū)Q算系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。進(jìn)行導(dǎo)航需了解系統(tǒng)本身的坐標(biāo)和目標(biāo)點的坐標(biāo)。系統(tǒng)本身的坐標(biāo)需通過GPS定位實現(xiàn)，目標(biāo)點的坐標(biāo)可以通過手動輸入，也可以通過選擇系統(tǒng)曾經(jīng)測試過的坐標(biāo)點。綜上所述系統(tǒng)設(shè)計功能為：測量電纜電阻；測量電流不超過50mA；自動將電阻換算為長度；測量數(shù)據(jù)存儲；換算系數(shù)標(biāo)定；顯示系統(tǒng)的GPS坐標(biāo)；輸入坐標(biāo)定點導(dǎo)航；GPS坐標(biāo)存儲；存儲坐標(biāo)定點導(dǎo)航。2.2方案選擇線路測量方案導(dǎo)線長度測量，主要用于各種電力電纜或電信電纜，為了找出適用于本設(shè)計的長度測量方法，有必要對己知的線路故障定位方法進(jìn)行分析。電力電纜故障探測的方法最早是在二戰(zhàn)前提出的，開展至今己經(jīng)出現(xiàn)了諸如:電橋法、駐波法等經(jīng)典理論方法，以及五十年代的低壓脈沖法、七十年代的脈沖電壓法、八十年代的脈沖電流法等現(xiàn)代行波法。下面簡要介紹各種測量方法的原理，以便分析各種方法的優(yōu)劣，分析更適合測量導(dǎo)線的長度的方法。1.電橋法單相接地故障是最常見的電纜故障之一，通常占各類故障的總和的90%，傳統(tǒng)的測試是用電橋法。由于同一性質(zhì)的單相接地故障，它的接地電阻可以從幾歐姆至兆歐級，因此可用的電橋也稍有差異，但其原理均相同。電橋法的根本原理和根本接線如圖2-1所示。圖2-1電橋法及接線當(dāng)電橋平衡后，故障點距離用式〔2-1〕進(jìn)行計算?！?-1〕其中，X－故障點距離(m)； L－電纜線路長度(m)；R1－電橋固定臂讀數(shù)； R2－電橋可變臂讀數(shù)。用電橋法測試故障點的精確性與接地電阻值有關(guān)。接地電阻值越小測試精度越高。為到達(dá)可能高的精確度，常用大電流燒斷接地電阻。但接地電阻不宜過小，因為燒斷接地電阻需要一定時間，也不利于其后的定點實驗。接地電阻為千歐數(shù)量級是最為理想的，其精確度可小于0.1%。為了消除電橋法中臨時引線帶入的誤差，除了將電橋接到電纜的二根引線輪換測試外，還應(yīng)在電纜的另一側(cè)進(jìn)行重復(fù)測試。經(jīng)驗說明在近故障點一側(cè)測試的故障點距離比遠(yuǎn)離一側(cè)的精度要高。電橋法的優(yōu)點是簡單，方便，精確度高，但它的主要缺點是不適用于高阻故障、閃絡(luò)性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀器，很難探測。但是，實際上故障大局部是屬于高阻與閃絡(luò)性故障。這樣在使用電橋法測距之前，需用高壓設(shè)備將故障點燒穿，使故障點電阻降到可用電橋測量的范圍內(nèi)。而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數(shù)小時，甚至幾天的時間，十分不方便，有時會出現(xiàn)故障點燒斷，故障電阻反而升高的現(xiàn)象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至于不能用放電聲測法進(jìn)行最后定位。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時，還要進(jìn)行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在現(xiàn)場上電橋法用得越來越少。2.低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法主要用于低阻和斷線故障測距。是應(yīng)用脈沖行波和時間成線性關(guān)系的原理，因此和電纜線路的結(jié)構(gòu)無關(guān)，只要絕緣介質(zhì)均勻，就可方便地檢測故障范圍。它的原理及發(fā)射和斷路反射波形如圖2-2所示：圖2-2低壓脈沖反射法院里及波形根本方法是首先向電纜導(dǎo)線首階躍電壓或脈沖電壓)，通過測量入進(jìn)行測距，見式(1-2)：〔2-2〕其中L為故障距離，為入射行波和反射行波之間的時間差，v為行波在電纜中的傳播速度。該方法簡單直觀，不需要知道電纜的準(zhǔn)確長度，根據(jù)脈沖反射波還可以識別電纜接頭與分接點的位置，測試簡單，操作容易，且精度高。該方法可用于電纜低阻和斷路故障測距或用于電纜全長測量，這類故障占所有電纜故障的10%,在電纜故障測試中占有舉足輕重的作用。脈沖反射法中識別故障點的反射波和區(qū)別由其它由于不均勻性造成的反射波，如電纜接頭反射波，是測試技術(shù)的關(guān)鍵。反射波的幅值主要決定于故障點電阻對波阻抗之比。接地故障的電阻對波阻抗之比(Rf/Z0)大于10時，反射波幅值只是等于或小于脈沖起始波的5%，而多數(shù)接地故障的測試局限了脈沖反射法的應(yīng)用。而斷線故障由于斷線電阻較大，可得幾乎100%的反射波幅值，因此脈沖反射波法特別適用于斷線故障。3.脈沖電壓法脈沖電壓法，又稱閃測法。此方法實際上是行波法離線故障測距的一種形式。此方法是70年代開展起來的用于測量高阻與閃絡(luò)故障的方法。該方法首先將電纜故障在直流或脈沖高壓信號下?lián)舸?，然后通過記錄放電脈沖在測量點與故障點往返一次所需的時間來測距。脈沖電壓法的一個重要優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)性故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術(shù)的重大進(jìn)步。就大局部故障本質(zhì)來說，根本都屬于絕緣體的損壞。高阻故障是由于絕緣介質(zhì)的抗電強度下降所致。因為故障點的阻值高，測量電流小，所以即使用足夠靈敏的儀表也難以測量。對于脈沖法，由于故障點等效阻抗幾乎等于電纜特性阻抗，所以反射系數(shù)幾乎等于零，因得不到反射脈沖而無法測量。但從介質(zhì)的電擊穿現(xiàn)象出發(fā)，只要對電纜加足夠高的電壓(當(dāng)然低于最高試驗電壓)故障點就會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。在擊穿的瞬間，故障點被放電電弧短路，所以在故障點放電前后了就產(chǎn)生電壓的躍變。由于介質(zhì)擊穿，其電離過程需要一定的時間，而弧光放電一般要持續(xù)數(shù)百微秒到幾個毫秒，因此躍變電壓在放電期間就以波的形式在故障點和電纜端頭之間來回反射。如果在電纜的端頭(始端或終端)，把瞬間躍變電壓及來回反射的波形記錄下來，便可測量出電波來回反射的時間。再根據(jù)電波在電纜中的傳播速度，就可以算出故障點到端頭的距離。基于這個物理機理產(chǎn)生了閃絡(luò)側(cè)試法。圖2-3脈沖電壓法按圖2-3，接上電源后，實驗變壓器PT對電容C充電。當(dāng)電壓高到一定數(shù)值時，球間隙J被擊穿，電容器C上的電壓通過球間隙的短路電弧和電感L直接加到電纜的測量端。這個沖擊電波沿電纜向故障點傳播。只要電壓的峰值足夠大，故障點就會因電離而放電(注：因為欲使故障點閃絡(luò)放電，不但需要足夠高的電壓，還需要一定的電壓持續(xù)時間)。故障點放電所產(chǎn)生的短路電弧使沿電纜送去的電壓波反射回去。因此，電壓波就在電纜端頭和故障點之間來回反射。為了使反射波不至于被測試端并聯(lián)的大電容C短路，在電纜和球間隙之間串接一個電感線圈L(幾微享到幾十微享)組成電感微分電路。因為電感對突跳電壓有較大的阻抗，有了它，就可以借助于錄波器觀察到來回反射的電壓波形。脈沖電壓法的一個重要優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)性故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬時脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術(shù)的重大進(jìn)步。但脈沖電壓法也有它的缺點，其缺點如下：平安性差。儀器通過一個電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號串入，造成儀器損壞。在利用閃測法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串一個電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號，增加了接線的復(fù)雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。在故障放電時，特別是進(jìn)行沖閃法測試時，分壓器藕合的電壓波形變化不鋒利，難以分辨。4.脈沖電流法脈沖電流法是在脈沖電壓法的根底上開展起來的，它是通過線性電流耦合器測量電流脈沖信號，將電纜故障點用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過分析判斷電流行波信號在測量端與故障點往返一次所需時間來計算故障距離。脈沖電流法接線如圖2-4所示。圖2-4脈沖電流法與脈沖電壓法比擬，脈沖電流法使用線性電流耦合器，與高壓回路無直接電氣連接，這樣對試驗儀器和試驗人員比擬平安。線性電流耦合器產(chǎn)生的電流脈沖信號也比擬容易分辨。所以相比脈沖電壓法而言，該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。但是這種方法存在盲區(qū)，有時波形不夠明顯，需要靠人為判斷，儀器誤差較大。5.二次脈沖法二次脈沖法是最新開展的電纜故障預(yù)定位方法。特點是易操作、多功能，回波圖形解釋簡單。原理是：由回波儀釋放一個發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點不能被反射，儀器將顯示整個電纜長度的波形存儲起來，此波形圖叫“完好軌跡〞。設(shè)備高壓電容器放電，使電纜故障點發(fā)生閃絡(luò)，故障點的電弧表現(xiàn)為阻值非常低的電阻。同時回波儀被觸發(fā)送出第二個發(fā)射脈沖(低壓脈沖)，這個加在高壓信號上的脈沖將從故障點反射。這樣，帶自動數(shù)據(jù)處理的回波儀存儲故障點反射波形，并將完好軌跡和故障軌跡進(jìn)行疊加，兩條軌跡將有一個清楚的發(fā)散點。這個發(fā)散點就是故障點的反射波形點。二次脈沖法的優(yōu)點是，可以避開故障點閃絡(luò)時引起強烈的電磁干擾；低壓脈沖寬度可以調(diào)節(jié)；較長線路也能記錄到清晰的信號波形，提高測量精度。缺點是：所用儀器較多；由于故障點電阻要降到很小的數(shù)值，如果故障點受潮嚴(yán)重，故障點擊穿過程較長，測試時間相應(yīng)增加；故障點維持低阻狀態(tài)的時間不確定，施加二次脈沖的控制有難度。6.歐姆法歐姆法是利用歐姆定律測試電阻的方法，通過向待測導(dǎo)線中通入大小的電流，根據(jù)測得的電壓可以得到導(dǎo)線的電阻，再根據(jù)線纜的電阻率可計算得到線纜的長度。該法不能檢測電路的故障，只能用來檢測線纜的長度，但該方法是以上幾種方法中最簡單的方法。該法的缺點是對于不同電阻率的導(dǎo)線計算公式發(fā)生變化，且如果導(dǎo)線不均勻?qū)y量結(jié)果的影響較大。7.總結(jié)以上，介紹了目前存在的各種電纜故障測距原理，包括電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓法、脈沖電流法、二次脈沖法等、歐姆法，并給出了各種方法的優(yōu)缺點。根據(jù)使用場合，待測電纜是連接有電雷管的的電纜，脈沖電壓法、脈沖電流法和二次脈沖法等采用高壓脈沖或脈沖電流的方案顯然不適合。而電橋法又因為需采用高靈敏度的測量儀器等問題，會給測量使用造成一定的困難。低壓脈沖法要求絕緣介質(zhì)均勻，且適于測量的是類似于斷線的大電阻故障，對于接有電雷管的電纜也不大適合，并且該方法的設(shè)計難度遠(yuǎn)高于歐姆法。綜上所述，本設(shè)計采用歐姆法測量線纜長度，并由系統(tǒng)自動將電阻換算為導(dǎo)線長度。由于待測線纜材質(zhì)變化電阻和長度的換算系數(shù)必須隨之更換，系統(tǒng)需具有標(biāo)定功能，標(biāo)定方法為使用系統(tǒng)測量長度的改材料線纜的電阻，之后輸入線纜長度，系統(tǒng)可根據(jù)線纜的長度和測得阻值自動計算出換算系數(shù)，并存儲至非易失存儲器中。此外，由于使用環(huán)境的不同尤其是溫度的變化，可能會引起設(shè)備測量值的溫漂。因此，系統(tǒng)需能夠同過對額定電阻的標(biāo)定自動消除溫漂。定位方案本設(shè)計使用的定位方案采用GPS定位，可以方便的獲得系統(tǒng)的GPS坐標(biāo)。定位信息通過顯示裝置將系統(tǒng)的坐標(biāo)告知使用者。同時將坐標(biāo)進(jìn)行存儲。系統(tǒng)在進(jìn)行線路測量的同時記錄測試點的GPS坐標(biāo)，并同線纜的測量數(shù)據(jù)一桶存儲。由GPS定位可以方便的進(jìn)行系統(tǒng)導(dǎo)航，將目標(biāo)點的坐標(biāo)和系統(tǒng)的坐標(biāo)做差即可的到目標(biāo)點相對于系統(tǒng)的方向。但是，由于在野外缺乏明顯的標(biāo)志物，不適合使用地圖導(dǎo)航。為方便使用者尋找目標(biāo)，系統(tǒng)可顯示一個指向目標(biāo)的箭頭，引導(dǎo)使用者目標(biāo)的具體方向。在顯示設(shè)備上繪制指向目標(biāo)的箭頭需要目標(biāo)相對系統(tǒng)的方向。同時還需要系統(tǒng)相對于地理坐標(biāo)系的方向。前者通過對系統(tǒng)和目標(biāo)坐標(biāo)點的計算可獲得。后者需通過電子羅盤等設(shè)備獲得。存儲方案在本設(shè)計中，需要進(jìn)行存儲的數(shù)據(jù)主要有系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)和系統(tǒng)標(biāo)定數(shù)據(jù)。其中系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)應(yīng)能夠方便的讀出值PC機上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時，目標(biāo)坐標(biāo)點的信息需要能夠方便的在不同的測量系統(tǒng)間共享，方便使用者對坐標(biāo)點的尋找。系統(tǒng)的標(biāo)定信息是系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，尤其是溫漂系數(shù)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，如果喪失將導(dǎo)致測量結(jié)果的紊亂。因此，該類數(shù)據(jù)的存儲需穩(wěn)定可靠且不已喪失。根據(jù)上述分析，對于測量信息，可存儲于系統(tǒng)外部非易失存儲其中。本設(shè)計選用TF卡，TF卡是目前智能系統(tǒng)中常用的存儲介質(zhì)，因為其價格廉價與存儲穩(wěn)定而受到廣闊用戶的歡送，這也是本系統(tǒng)采用TF卡的原因之一。另外TF卡較Flash拔插方便，如果發(fā)生意外損壞TF替換十分方便，如果是Flash的話必須首先使用專業(yè)工具將其從電路板上取下，使用者在沒有專業(yè)技能的情況下根本不可能完成，同時也極大的影響到電路板的整體平安性與穩(wěn)定性。此外，TF卡可以方便的在不同的設(shè)備上使用，是數(shù)據(jù)分享的快捷方法，也能夠非常容易地將數(shù)據(jù)采集到PC機上。而對于標(biāo)定系統(tǒng)應(yīng)存儲于系統(tǒng)內(nèi)部自帶的非易失存儲其中。人機交互方案一個智能美觀的人機交互接口可以極大方便用戶的操作，在本系統(tǒng)中為了方便用戶對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測與控制，點陣式LCD顯示屏加4X4矩陣鍵盤實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的修改與信息的動態(tài)顯示。LCD顯示器由于需要在野外使用，一般的透射式液晶屏在陽光下非常不便于使用，甚至顯示內(nèi)容完全無法看清楚。因此本設(shè)計選用半透半反式黑白點陣式液晶屏ERC128128-1。該液晶屏分辨率為128*128，能夠方便的顯示字符和簡單的黑白圖案。2.3控制器選型根據(jù)系統(tǒng)的整體需求，MCU選用STM32系列的STM32F103xx，STM32F103xx增強型系列使用高性能的ARM?Cortex?-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHz，Cortex?-M3處理器是最新一代的嵌入式ARM處理器，它為實現(xiàn)MCU的需要提供了低本錢的平臺、縮減的引腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時提供卓越的計算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響。內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號的器件都包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。STM32F103xx系列內(nèi)置SD卡接口和LCD接口，可以方便進(jìn)行SD卡與LCD的開發(fā)，大大縮短開發(fā)周期。STM32F103xx系列工作于-40°C至+105°C的溫度范圍，供電電壓2.0V至3.6V，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。同時此款CPU內(nèi)部集成了上電復(fù)位(POR)/掉電復(fù)位(PDR)電路，該電路始終處于工作狀態(tài)，保證系統(tǒng)在供電超過2V時工作；當(dāng)VDD低于設(shè)定的閥值(VPOR/PDR)時，置器件于復(fù)位狀態(tài)，而不必使用外部復(fù)位電路。器件中還有一個可編程電壓監(jiān)測器(PVD)，它監(jiān)視VDD/VDDA供電并與閥值VPVD比擬，當(dāng)VDD低于或高于閥值VPVD時產(chǎn)生中斷，中斷處理程序可以發(fā)出警告信息或?qū)⑽⒖刂破鬓D(zhuǎn)入平安模式。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)框圖圖中文字不應(yīng)該比中文中的字號還大，要么調(diào)整圖的大小，要么修改文字大小，你這個圖太大了圖3-1硬件框圖根據(jù)設(shè)計需求分析可知，整個系統(tǒng)主要包括前端數(shù)據(jù)采集、GPS信號處理、數(shù)據(jù)存儲、人機交互和電子羅盤5個模塊，系統(tǒng)的原理框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)的工作流程為數(shù)據(jù)采集端將獲得的電阻數(shù)據(jù)傳輸至主控MCU，然后同當(dāng)前由GPS終端獲得的位置信息相互關(guān)聯(lián)，將關(guān)聯(lián)后的信息存放至存儲介質(zhì)中，并在液晶上實時顯示。用戶操作完成后可以通過USB接口將存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)傳輸至PC機。電子羅盤用來獲取系統(tǒng)相對于地理坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)角度。3.2電路設(shè)計MCU電路圖3-2MCU外圍電路系統(tǒng)采用STM32f103VBT6作為主控MCU，只需要簡單的電路即可使單片機正常工作。單片機擁有128kB的flash，外設(shè)資源豐富包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。圖3-3MCU及外圍電路系統(tǒng)采用STM32f103VBT6作為主控MCU，只需要簡單的電路即可使單片機正常工作。單片機擁有128kB的flash，外設(shè)資源豐富包含3個12位的ADC、4個通用16位定時器和2個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá)2個I2C接口、3個SPI接口、2個I2S接口、1個SDIO接口、5個USART接口、一個USB接口和一個CAN接口。MCU模塊包括：主芯片。時鐘電路：由一個8MHz的晶振和一個32.768kHz的晶振及電容構(gòu)成。為單片機提供系統(tǒng)時鐘和實時時鐘源。調(diào)試接口：由一組排陣和假設(shè)干電阻構(gòu)成。位單片機提供下載程序和在線調(diào)試的接口。啟動項選擇電路：由兩個電阻構(gòu)成。選擇單片機啟動項，是單片機從片內(nèi)Flash啟動。復(fù)位電路：由按鍵、電阻和電容構(gòu)成。負(fù)責(zé)系統(tǒng)的商店復(fù)位和手動復(fù)位。濾波電路：有四顆瓷片電容構(gòu)成。負(fù)責(zé)主芯片的電源退偶。電源管理電路圖3-4LTC3521電源管理電路主電源管理芯片采用凌力爾特公司的LTC3521，該器件兼有一個1A同步降壓-升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器和兩個600mA同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以提供3個輸出軌，效率可高達(dá)95%。LTC3521具1.8V至5.5V的輸入范圍，因此該器件與所有類型的PC板卡插槽、USB和單節(jié)鋰離子或雙/三節(jié)堿性/鎳鎘/鎳氫金屬電池應(yīng)用都兼容。LTC3521的同步降壓-升壓型通道所采用的拓?fù)湓谒泄ぷ髂Ｊ街g提供連續(xù)轉(zhuǎn)換，從而非常適用于甚至在電池電壓下降至低于輸出時也必須保持恒定輸出電壓的應(yīng)用。在很多情況下，這能增加多達(dá)20%的電池運行時間。其降壓-升壓型通道可以提供1.8V至5.25V的恒定輸出電壓，而每一個同步降壓型通道那么能夠提供0.6V至5.25V的輸出，從而使該器件適用于多種手持式應(yīng)用。LTC3521的恒定1.1MHz開關(guān)頻率可實現(xiàn)低噪聲工作，同時最大限度地減小了外部組件的尺寸。纖巧外部組件結(jié)合4mmx4mmQFN-24或TSSOP-20E封裝，為空間受限應(yīng)用提供了一種占板面積緊湊的解決方案。LTC3521的同步降壓-升壓型通道提供連續(xù)傳導(dǎo)工作，以在寬輸入電壓范圍內(nèi)最大限度地提高效率，同時最大限度地降低開關(guān)噪聲。降壓型轉(zhuǎn)換器采用電流模式控制和同步整流以確保最正確效率。該器件的可選突發(fā)模式(BurstMode)工作僅需要30uA靜態(tài)電流，且停機電流低于2uA，從而進(jìn)一步延長了電池運行時間。就需要低噪聲的應(yīng)用而言，LTC3521可以配置為以固定頻率PWM模式運行，這可降低噪聲和潛在的RF干擾。在本設(shè)計中，芯片的同步降壓-升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器為主芯片、電子羅盤和液晶屏背光供電。兩個同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器為GPS模塊、LCD顯示、SD卡及測量模塊供電。待機狀態(tài)時，可以將除主芯片外的其他電源關(guān)閉，以節(jié)省電能，延長電池使用壽命。輸出電壓為同步降壓-升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出5V電壓，兩個同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出3.3V電壓。圖3-5雙電源轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)的線路測量模塊正常工作需要雙電源，在設(shè)計中采用凌力爾特公司的LT3471作為雙電源轉(zhuǎn)換芯片。利用lt3471將3.3V單點源轉(zhuǎn)換為﹢/﹣5V的雙電源以提供應(yīng)測量系統(tǒng)正常工作使用。在雙電源的輸出端增加指示燈以方便調(diào)試。圖3-6低壓差線性穩(wěn)壓電路通過低壓差線性穩(wěn)壓芯片LM1117給單片機和電子羅盤提供3.3V的穩(wěn)定工作電壓。由于開關(guān)電源輸出的電流紋波較大，不利于單片機和電子羅盤的穩(wěn)定工作，采用LM1117對5V電壓進(jìn)行降壓穩(wěn)壓可以得到紋波較小的穩(wěn)定電源。從而保證單片機和電子羅盤的穩(wěn)定工作。電阻測量電路圖3-7電阻測量電路本電路首先采用OP07構(gòu)成微電流源輸出1mA左右的小電流，小電流流過待測物時產(chǎn)生壓降，壓降經(jīng)過高精度儀用放大器AD620放大后輸出至單片機進(jìn)行AD采集。Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓〔對于OP07A最大為25μV〕，所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低〔OP07A為±2nA〕和開環(huán)增益高〔對于OP07A為300V/mV〕的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。AD620是一款低本錢、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10,000。此外，AD620采用8引腳SOIC和DIP封裝，尺寸小于分立式設(shè)計，并且功耗較低(最大電源電流僅1.3mA)，因此非常適合電池供電的便攜式(或遠(yuǎn)程)應(yīng)用。AD620具有高精度(最大非線性度40ppm)、低失調(diào)電壓(最大50μV)和低失調(diào)漂移(最大0.6μV/°C)特性，是電子秤和傳感器接口等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想之選。它還具有低噪聲、低輸入偏置電流和低功耗特性，使之非常適合ECG和無創(chuàng)血壓監(jiān)測儀等醫(yī)療應(yīng)用。由于其輸入級采用Superβeta處理，因此可以實現(xiàn)最大1.0nA的低輸入偏置電流。AD620在1kHz時具有9nV/√Hz的低輸入電壓噪聲，在0.1Hz至10Hz頻帶內(nèi)的噪聲為0.28μV峰峰值，輸入電流噪聲為0.1pA/√Hz，因而作為前置放大器使用效果很好。同時，AD620的0.01%建立時間為15μs，非常適合多路復(fù)用應(yīng)用；而且本錢很低，足以實現(xiàn)每通道一個儀表放大器的設(shè)計。在該電路中，首先采用兩個電阻對5V的電壓進(jìn)行分壓，得到4V左右的基準(zhǔn)電壓。之后，基準(zhǔn)電壓經(jīng)過OP07和9012的跟隨使9012的發(fā)射極電壓恒定在4V左右。由于電源和發(fā)射極之間接有1K的定值電阻，射極的的電流將恒定在1mA。因此，在三極管的集電極也就是測量接口將得到約1mA的恒定電流。當(dāng)待測電纜接在測量頭上時，1mA的電流流過電纜，根據(jù)歐姆定律可知測量頭的電極間將產(chǎn)生壓降，測量該壓降即可得出導(dǎo)線的阻值。STM32的AD為14位，分辨率約為0.8V，直接測量電極兩端的電壓得到的值精度低于1歐姆。為了提高系統(tǒng)的測量精度，利用儀用放大器將電壓放大10倍以上再用AD采集，那么可以將精度提高至0.1歐姆。繼續(xù)提高放大倍數(shù)，在一定程度上可以進(jìn)一步提高測量精度，但是系統(tǒng)量程那么會同比下降。由于采用1mA的測量電流，線纜的最大值不超過100歐姆，STM32采集范圍為0~3.3V可計算的出最正確放大倍數(shù)在30倍左右。為減小干擾和噪聲，測量電路中添加濾波電路濾除干擾。同時采用電感將模擬地及數(shù)字地進(jìn)行隔離。從而提高精度。為保證系統(tǒng)測量平安，在輸出端串聯(lián)接入小電流自恢復(fù)保險管，將電流限制在50mA以下。由于測量系統(tǒng)工作在+/-5V雙電源下，而單片機工作在3.3V電源下，輸出局部需添加限流電阻進(jìn)行保護(hù)。GPS接口電路圖3-8GPS接口電路本設(shè)計中的GPS模塊采用ZYM_G5020_1。ZYM_G5020_1是高性能、低功耗、小尺寸并且非常容易整合的GPS模塊，是為OEM模塊的廣泛應(yīng)用而設(shè)計的。該GPS模塊一次性追蹤16顆衛(wèi)星，能夠快速搜星，每秒更新一次定位數(shù)據(jù)。ZYM_G5020_1是一款帶有TCX0設(shè)計的高性能產(chǎn)品，采用UBL0XAntaris5計數(shù)設(shè)計。提供高達(dá)-160dBm的跟蹤靈敏度，可以捕捉極微弱的衛(wèi)星信號，實現(xiàn)惡劣環(huán)境下的強捕捉能力。該模塊使用USB或USRT通訊，在本設(shè)計中，采用USART作為GPS的通訊接口。由于模塊上電使能后會自動發(fā)送串口數(shù)據(jù)，并不需要進(jìn)行過多配置，因此在本設(shè)計中除電源外僅接出一條數(shù)據(jù)線和一條使能控制線。模塊工作時耗電量很大，不使用時通過使能控制將模塊失能，以節(jié)省電量，延長電池使用時間。電子羅盤電路圖3-9磁通傳感器電路本設(shè)計中采用霍尼韋爾的雙周磁通傳感器HMC1052作為電子羅盤模塊。HMC1052是單芯片上的高性能磁阻傳感器，包括兩個正交的傳感器，每只磁阻傳感器都配置成一個四個元件的惠斯通電橋，將磁場轉(zhuǎn)化為不同的輸出電壓。這些傳感器能傳感低至120微高斯的磁場，靈敏度可到達(dá)1mV/V/高斯。測量范圍可到達(dá)±6高斯。由于低磁場十分微弱，傳感器的輸出電壓很小，用單片機的AD采集很困難，需要放大。在本設(shè)計中，使用運放MCP602構(gòu)成減法電路，將磁阻傳感器構(gòu)成的惠斯通電橋的兩個橋臂的輸出電壓差值放大100倍輸出。輸出值由單片機的12位AD采集。以提高電子羅盤的測量精度。液晶顯示模塊圖3-10LCD液晶屏電路液晶屏采用3.3V供電，由于液晶屏耗電量較大，單獨利用電源管理芯片的一路降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器為液晶屏供電，以便關(guān)閉液晶屏以節(jié)省點量。液晶屏的背光在外界光線較強時起到的作用有限，可以在外界光線較強時關(guān)閉液晶背光。在液晶背光電源電路上添加三極管做開關(guān)控制背光。為增加三極管的驅(qū)動能力，將兩個三極管構(gòu)成符合結(jié)構(gòu)增大電流驅(qū)動能力。由于三極管本身的分壓，將導(dǎo)致液晶背光得不到足夠的3.3V電壓，因此，液晶屏背光采用5V電源供電。為防止電壓過高燒毀發(fā)光器件，在線路上串聯(lián)限流電阻保護(hù)液晶屏背光發(fā)光器件。本設(shè)計中使用STM32的PE口作為液晶屏接口電路。其中PE0~PE7作為八位液晶數(shù)據(jù)端口，PE8~PE13那么作為功能控制端口。TF卡電存儲路圖3-11TF卡存儲電路由于TF卡支持SPI讀寫，本設(shè)計利用STM32的SPI接口作為TF卡的讀寫口。為方便使用者取出TF卡內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，本設(shè)計將USB讀卡器電路集成在系統(tǒng)內(nèi)部。本設(shè)計中采用GL827作為USB通訊控制芯片。GL827是USB2.0接口的Flash存儲器讀取控制器。支持USB2.0高速通訊。可以支持SD卡、SDHC、MiniSD卡、MicroSD卡、T-Flash、MMC卡、RSMMC、記憶棒、高速記憶棒、TF卡等多種cu7nchu媒介。GL827與MCU不能同時對TF卡進(jìn)行讀寫，設(shè)計中對二者進(jìn)行電源隔離，即MCU工作時關(guān)閉GL827的電源，而使用USB讀取TF卡時將MCU關(guān)閉。矩陣鍵盤電路本設(shè)計中需要進(jìn)行數(shù)字輸入和菜單項選擇擇等功能，根據(jù)需求鍵盤包括一組標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字鍵盤〔0~9十個數(shù)字鍵、*鍵和#鍵〕、一組方向鍵〔上下左右〕、功能鍵〔確定、返回〕和電源控制鍵，共19個按鍵。因此，設(shè)計采用4*5的矩陣鍵盤，該鍵盤可以掃描20個按鍵，支持組合鍵。操作簡單，功能穩(wěn)定。單片機的PC0~PC8作為鍵盤的接口其中PC0~PC3作為鍵值檢測腳，PC4~PC8作為掃描信號輸出腳。為保證鍵值的準(zhǔn)確，在PC0~PC4上接10K的上拉電阻。圖3-12矩陣鍵盤電路圖3-13鍵盤分布鍵盤背光控制電路圖3-13鍵盤背光電路系統(tǒng)在夜晚或光線較差的條件下使用時，按鍵不容易看清楚。為方便使用者，在鍵盤上按鍵的周圍增加鍵盤背光電路為鍵盤照明。背光電路使用貼片LED作為光源，采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的三極管作為背光的開關(guān)控制器件。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1整體功能框架圖4-1整體功能框圖系統(tǒng)的根本功能主要有線路測量和GPS定位兩項，而電阻測量又需要現(xiàn)場標(biāo)定功能來配合，GPS定位又會衍生出定點指向和電子羅盤兩項功能。每項功能都需要在顯示系統(tǒng)上進(jìn)行顯示，并且需要鍵盤進(jìn)行人機交互。測量和定位過的數(shù)據(jù)存儲至TF卡中。功能中需要的某些數(shù)據(jù)需從TF卡中讀取。系統(tǒng)還需完成電源管理功能，以便降低系統(tǒng)功耗，延長使用時間。需要完成的功能有：電阻測量；線長標(biāo)定；GPS定位；定點指向；電子羅盤；數(shù)據(jù)及圖案顯示；數(shù)據(jù)存儲及讀?。话存I輸入；電源管理。4.2系統(tǒng)功能軟件設(shè)計電阻測量電阻測量需要將測量電路調(diào)理后的電壓信號通過AD采集后轉(zhuǎn)換為電阻，再通過換算得到所測電纜的長度。STM32f103擁有兩個12位AD，每個ADC共用多達(dá)16個外部通道，可以實現(xiàn)單次或掃描轉(zhuǎn)換。在掃描模式下，自動進(jìn)行在選定的一組模擬輸入上的轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計中需采集兩路以上的AD信號，因此采用掃描模式多通道復(fù)用。在多路AD復(fù)用時還用到了STM32的DMA功能。DMA是DirectMemoryAccess〔直接內(nèi)存存取〕的縮寫，他允許不同速度的硬件裝置來溝通，而不需要依于CPU的大量中斷負(fù)載，傳輸動作本身是由DMA控制器來實行和完成。能夠極大的節(jié)省CPU資源。STM32靈活的7路通用DMA可以管理存儲器到存儲器、設(shè)備到存儲器和存儲器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸；DMA控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，防止了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時所產(chǎn)生的中斷。每個通道都有專門的硬件DMA請求邏輯，同時可以由軟件觸發(fā)每個通道；傳輸?shù)拈L度、傳輸?shù)脑吹刂泛湍繕?biāo)地址都可以通過軟件單獨設(shè)置。圖4-2電阻測量流程圖在程序中，需要在內(nèi)存中開辟一段空間作為DMA傳輸?shù)哪繕?biāo)地址，同時將ADC1的外設(shè)地址設(shè)置為DMA的源地址。將DMA的傳輸目標(biāo)地址設(shè)置為循環(huán)自動增加，那么在目標(biāo)存儲區(qū)根據(jù)地址的增量即可的到不同的復(fù)用通路的AD值。采集后的AD由于在采集的時刻可能會受到噪聲和外界雜波的干擾，采集到的信號是一個離散的量。單獨一次采集到的AD值由于其離散性是不能直接使用的，所以要對采集到的值進(jìn)行數(shù)字濾波。在本設(shè)計中采用均值濾波，每次采集一千個值取平均值。濾波后的值經(jīng)過簡單的轉(zhuǎn)換即可得到阻值。阻值存儲到全局變量中，以便其他函數(shù)調(diào)用。線長標(biāo)定測得電纜電阻后需要通過換算得出電纜長度，電纜的長度等于導(dǎo)線電阻與導(dǎo)線電阻率的乘積。但是由于測量導(dǎo)線的材料和直徑的不同，測量導(dǎo)線的電阻率并不是一個確定的值，因此系統(tǒng)電阻線長換算的系數(shù)必須能夠方便的進(jìn)行更換。為了方便使用，本系統(tǒng)設(shè)計線長標(biāo)定功能。標(biāo)定功能也是利用電阻測量功能，將長度的導(dǎo)線電阻測量后輸入導(dǎo)線的長度。之后系統(tǒng)計算線長和電阻的比值即為換算系數(shù)。為保證換算系數(shù)掉電不喪失，系數(shù)需存儲至非易失存儲其中。系統(tǒng)上電時自動從存儲器中讀取換算系數(shù)。由于系統(tǒng)測量時有可能遇到很多不同的電纜，標(biāo)定過于頻繁將影響工作效率。因此，需存儲多組測量數(shù)據(jù)并可以選擇使用其中任意一組作為系統(tǒng)標(biāo)定值。由于STM32f103本身的Flash操作進(jìn)行時必須先對Flash進(jìn)行擦出操作，且每次擦除需要對1KByte的Flash進(jìn)行操作，而在該功能中所需存儲的多組內(nèi)容需相互獨立存儲。如果存儲地址間隔小于1K，那么使用擦出命令的時候會將其他的標(biāo)定系數(shù)誤擦除。如果要防止誤刪除那么消耗Flash空間過大。因此選擇使用TF卡存儲標(biāo)定信息。在標(biāo)定功能中還需能夠?qū)?biāo)定值進(jìn)行選擇，選擇的標(biāo)定信息會被單獨存儲至Tf卡中，系統(tǒng)上電時會自動讀取該信息作為標(biāo)定系數(shù)。圖4-3線長標(biāo)定流程圖4-4參數(shù)選擇流程系統(tǒng)定位本設(shè)計中使用的GPS模塊采用USART串行數(shù)據(jù)輸出，波特率為9600，八個數(shù)據(jù)位，一位停止位，無奇偶校驗。將系統(tǒng)的USART1作為GPS信號的通訊接口。模塊采用WGS84坐標(biāo)系，輸出協(xié)議包括GPGSV、GPRMC、GPGSA、GPGGA、GPGLL、GPVTG六種，在本設(shè)計中采用使用最廣泛的GPGGA。GPGGA語句包括17個字段：語句標(biāo)識頭，世界時間，緯度，緯度半球，經(jīng)度，經(jīng)度半球，定位質(zhì)量指示，使用衛(wèi)星數(shù)量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準(zhǔn)面高度，高度單位，差分GPS數(shù)據(jù)期限，差分參考基站標(biāo)號，校驗和結(jié)束標(biāo)記(用回車符<CR>和換行符<LF>)，分別用14個逗號進(jìn)行分隔。GPS模塊每秒更新一次數(shù)據(jù)，每次輸出數(shù)據(jù)包含了上述的六種協(xié)議。系統(tǒng)在進(jìn)行定位的時候，使用USART查詢接收GPS模塊發(fā)出的1000個數(shù)據(jù)字節(jié)〔保證每次接收到的數(shù)據(jù)中都包含完整一次完整的GPS通訊數(shù)據(jù)〕之后進(jìn)行篩選，如果查詢到字符串$GPGGA，那么提取之后的64個數(shù)據(jù)字節(jié)。數(shù)據(jù)提取之后取出第1、2、4、個逗號之后的數(shù)據(jù)，分別是UTC時間，經(jīng)度，緯度。取出的數(shù)據(jù)位ASCII碼，換算成所需數(shù)據(jù)后進(jìn)行存儲和顯示。如果在室內(nèi)或是其他無法搜尋到衛(wèi)星信號的地點時，GPS將無法完成定位，可通過檢測第6個逗號后的數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)的定位情況。同時可以通過檢測第7個逗號后的數(shù)據(jù)檢測模塊所使用的衛(wèi)星數(shù)量〔00~12〕。在系統(tǒng)未搜尋到衛(wèi)星信號時，系統(tǒng)顯示定位中···。圖4-5GPS數(shù)據(jù)接收流程圖4-6GPS數(shù)據(jù)處理流程定點指向定點指向功能是系統(tǒng)定位功能的衍生功能。系統(tǒng)指向功能需要手動輸入目標(biāo)坐標(biāo)點或者從電阻測量或是系統(tǒng)定位是存儲的GPS坐標(biāo)中提取信息作為目標(biāo)坐標(biāo)。目標(biāo)坐標(biāo)輸入完成后，系統(tǒng)通過GPS模塊能夠確定系統(tǒng)所在的坐標(biāo)信息。在設(shè)計中，將北方設(shè)定為基準(zhǔn)方向，即認(rèn)為正北方為零度。然后順時針旋轉(zhuǎn)角度增加，即東方為90度，南方為180度，西方為270度。由于我們測量的距離相對與地球坐標(biāo)系很小，因此，可以近似的認(rèn)為我們所測量的范圍是一個平面，而GPS坐標(biāo)可以近似地看作平面直角坐標(biāo)系。將目的坐標(biāo)和本機坐標(biāo)的經(jīng)度和緯度分別做差后通過反三角函數(shù)，可以計算出目標(biāo)點相對于本機坐標(biāo)點偏離北方的角度。通過電子羅盤的功能，可以使屏幕上的箭頭指向正北方，在此時箭頭方向的根底上，在轉(zhuǎn)動相應(yīng)的坐標(biāo)點偏移角，即可使箭頭指向目標(biāo)方向。兩個點的GPS坐標(biāo)，通過地球大圓距離公式，可以方便的計算出距離目標(biāo)的距離。當(dāng)與目標(biāo)之間的距離小于10m時，即可認(rèn)為到達(dá)目的地。圖4-7大圓距離公式式中，為目標(biāo)點緯度，為目標(biāo)點經(jīng)度，起始點的緯度，為起始點的經(jīng)度。使用該公式可以計算得出兩坐標(biāo)點和地球球心構(gòu)成的角的弧度，結(jié)果與地球半徑相乘即可得到兩坐標(biāo)點間的距離。圖4-7定點指向流程電子羅盤HMC1052由兩個正交的磁通傳感器構(gòu)成，當(dāng)任意一個傳感器在地磁場中旋轉(zhuǎn)時，通過傳感器的磁通量按正弦規(guī)律變化。兩個傳感器的磁通量變化有90度的相位差。而由磁通量所引起的輸出電壓變化同樣按正弦規(guī)律變化，兩路電壓變化具有90度的相位差。兩路輸出電壓偏移中心點的變化量，可以認(rèn)為是平面直角坐標(biāo)系上沿某個圓運動的點的坐標(biāo)值。根據(jù)反三角函數(shù)公式，可以計算得出角度，將其與地磁坐標(biāo)相互映射后可以得到傳感器相對于地磁坐標(biāo)的偏轉(zhuǎn)角度。由于顯示屏的位置相對于傳感器的位置是固定的，得到傳感器的偏轉(zhuǎn)角度后即可得到顯示屏相對與地磁坐標(biāo)的偏轉(zhuǎn)角度，即顯示屏正方向偏離北方的角度。本設(shè)計中采用點陣式液晶屏需將所顯示的圖案轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的字庫后才能進(jìn)行顯示。為在屏幕上顯示一個可以旋轉(zhuǎn)的箭頭，首先將一個箭頭的團(tuán)轉(zhuǎn)換為字庫，之后旋轉(zhuǎn)箭頭是，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角對箭頭的字庫中的點進(jìn)行矩陣變換，之后將變換后的字庫輸出到顯示屏顯示。為保證電子羅盤的箭頭始終指向北方，在系統(tǒng)沿某個方向旋轉(zhuǎn)時，屏幕上的箭頭那么在屏幕上向相反的方向轉(zhuǎn)動相同的角度。系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度可以由磁通傳感器得到。圖4-8電子羅盤功能流程羅盤標(biāo)定由于系統(tǒng)電壓的、外界溫度等外界因素的的影響，磁通傳感器輸出的電壓值必不是一成不變的，而在電子羅盤功能中，磁通傳感器電壓變化的中心點是關(guān)鍵參數(shù)，如果中心點因外界環(huán)境產(chǎn)生漂移，電子羅盤的輸出便會產(chǎn)生極大的誤差。為消除漂移，可以采集傳感器輸出的最大值和最小值求二者的中值即可得到電壓變化的中心。為取得極值，使用這需將系統(tǒng)沿水平方向旋轉(zhuǎn)360度，同時連續(xù)采集旋轉(zhuǎn)過程中傳感器輸出的電壓值，取出極值。標(biāo)定完成后將計算的到的誤差范圍和中心點存儲至SD卡中，系統(tǒng)開機時自動從中讀取標(biāo)定信息。由于兩個傳感器的制造工藝和電路工藝等問題，兩路電壓的變化幅度相差比擬大，為保證方向的準(zhǔn)確，利用標(biāo)定時取得的兩組誤差求出兩路誤差范圍的比例關(guān)系。在測量是，利用比例關(guān)系進(jìn)行運算，消除兩路電壓的不匹配。圖4-9羅盤標(biāo)定流程阻值標(biāo)定由于系統(tǒng)所使用的器件的離散型，兩個相同的系統(tǒng)測量同一個阻值時得到的結(jié)果會有一定的差異，通過人工標(biāo)定修改矯正參數(shù)，工作量大，而且不適合產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)。通過AD采集，可以得到和對應(yīng)電阻向?qū)?yīng)的12位數(shù)值。由此，將一個規(guī)定阻值的電阻〔本設(shè)計采用100Ω〕接入系統(tǒng)，然后使用AD采集電壓值。采集完成后系統(tǒng)自動完成對矯正系數(shù)的計算。由于矯正系數(shù)是系統(tǒng)特有的，并且不能隨意更改的，因此將該系數(shù)存儲至STM32的flash中。又因為flash的刷寫次數(shù)有限，為防止使用者誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常使用，故該功能應(yīng)設(shè)計為隱藏功能，只有專業(yè)人員通過一定手段才能翻開。圖4-10阻值標(biāo)定流程4.3界面設(shè)計根據(jù)前面的分析，本設(shè)計共有六項功能：參數(shù)標(biāo)定、電阻測量、定點指向、系統(tǒng)定位、電子羅盤和電阻標(biāo)定。其中電阻標(biāo)定是隱藏功能。為方便使用者使用，將系統(tǒng)功能界面化、菜單化。根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計，主菜單中包含5項功能〔隱藏功能不出現(xiàn)在菜單中〕。同時在某些功能下包含有子菜單。系統(tǒng)菜單框架如圖4-11所示。圖4-11菜單設(shè)計框圖主菜單主菜單中主要顯示標(biāo)題、系統(tǒng)各項功能選項、確定和返回信息提示。另外還有一個箭頭幫助選擇菜單中的功能功能。圖4-12主菜單結(jié)構(gòu)翻開任何一項功能只需通過方向鍵將箭頭指向相應(yīng)的功能菜單項選擇項，按“確定〞鍵即可。在主菜單中還可以翻開隱藏的電阻標(biāo)定功能，打卡方式為在主菜單模式下輸入開啟密碼后按確認(rèn)鍵。輸入過程中屏幕上不會有任何提示，且輸錯任何一位密碼都要重頭再輸入。在主菜單中，可以通過按右下角的圓形按鈕使系統(tǒng)進(jìn)入待機狀態(tài)。且超過一定時間不進(jìn)行任何操作后系統(tǒng)自動關(guān)閉液晶背光和鍵盤背光進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。待機狀態(tài)可以通過再次按下待機鍵退出，節(jié)電狀態(tài)可以通過按任意鍵退出。系統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定頁面下包括三項子功能：參數(shù)選擇、線長標(biāo)定和羅盤標(biāo)定。任意一項功能可以通過方向鍵控制箭頭指向所需功能，按“確定〞鍵進(jìn)入功能，按“返回〞鍵返回主菜單。圖4-13系統(tǒng)標(biāo)定菜單1.參數(shù)選擇界面在參數(shù)選擇頁面中，屏幕中心會顯示一個數(shù)字〔標(biāo)定號〕鍵控制數(shù)字可以從0~9變化。通過選擇標(biāo)定號可以選擇最近10組線長標(biāo)定數(shù)據(jù)，數(shù)字越小那么數(shù)據(jù)的標(biāo)定時間越近，0號時最近一次的標(biāo)定結(jié)果。按“返回〞活到上級菜單。圖4-14參數(shù)選擇頁面2線長標(biāo)定界面進(jìn)入線長標(biāo)定界面后，系統(tǒng)即開始對導(dǎo)線的電阻進(jìn)行標(biāo)定。屏幕上顯示“標(biāo)定中···〞，同時下方顯示一個黑色的進(jìn)度條，進(jìn)度條走完后標(biāo)定功能完成。系統(tǒng)顯示“請輸入長度〞。通過數(shù)字鍵可輸入長度。按確定鍵，標(biāo)定完成，同時屏幕閃現(xiàn)“存儲成功〞。標(biāo)定成功后自動返回上一級界面。圖4-15參數(shù)標(biāo)定界面圖4-16輸入線長3羅盤標(biāo)定界面羅盤標(biāo)定界面和電阻標(biāo)定界面根本相同，但標(biāo)定完成后沒有后續(xù)的界面，直接閃現(xiàn)“存儲成功〞，然后返回上一級菜單。圖4-17羅盤標(biāo)定電阻測量進(jìn)入電阻測量界面后，首先會顯示提醒界面，提醒接入導(dǎo)線。在此界面可按“返回〞鍵回到上一級菜單。按確定鍵后即開始測量過程。首先測量線纜電阻并換算成長度。然后接收GPS信號，并顯示于屏幕上。測量完成后系統(tǒng)會停留在測量結(jié)果顯示界面，按“返回〞鍵后退出測量結(jié)果顯示界面，同時保存數(shù)據(jù)。之后可以直接進(jìn)行下一次測量。圖4-18提醒界面圖4-19測量結(jié)果顯示定點指向定點指向功能下包含兩個子菜單：手動輸入和坐標(biāo)選擇。通過方向鍵選擇相應(yīng)的功能按“確定〞鍵進(jìn)入功能，按“返回〞鍵可返回主菜單。圖4-20定點指向界面1.手動輸入通過手動輸入選項，可以手動向系統(tǒng)輸入目標(biāo)點的GPS坐標(biāo)。輸入格式為：精度dddmm.mmmm，緯度ddmm.mmmm。d代表度，m代表分，度以整數(shù)表示，精度三位緯度兩位。分以兩位整數(shù)加四位小數(shù)表示。該格式與GPS輸出格式相符，方便使用者利用GPS數(shù)據(jù)作為目標(biāo)。輸入坐標(biāo)時，數(shù)據(jù)位數(shù)固定，當(dāng)數(shù)據(jù)缺乏時用零補齊。利用上下鍵可以在經(jīng)度輸入和緯度輸人間切換，如果輸入錯誤可以按左方向鍵取消輸入信息，并重新輸入。輸入坐標(biāo)完成后按“確定〞鍵啟動定點指向。圖4-21手動輸入界面2.坐標(biāo)選擇坐標(biāo)選擇選項中包括兩個數(shù)據(jù)來源：電阻測量和系統(tǒng)定位。進(jìn)入坐標(biāo)選擇界面是首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)來源選擇。選擇通過方向鍵控制箭頭指向所需的選項，按“確定〞鍵進(jìn)入。圖4-22坐標(biāo)來源選擇選擇來源之后即可進(jìn)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)選取界面。在該界面，可以選擇最近十次的測量結(jié)果。數(shù)據(jù)選取界面的第一行是數(shù)據(jù)的標(biāo)號，標(biāo)號越小測量時間越近。標(biāo)號下方顯示的即是該數(shù)據(jù)的精度，緯度和測量時間。利用方向鍵中的左右鍵可以更換數(shù)據(jù)。選擇需要的數(shù)據(jù)后按“確認(rèn)〞鍵啟動定點指向功能。圖4-23選擇數(shù)據(jù)3.定點指向功能界面定點指向功能啟動后，顯示屏上會顯示一個黑色箭頭，箭頭會指向目標(biāo)點的方向。箭頭的右邊會顯示GPS模塊當(dāng)前使用的衛(wèi)星數(shù)量。箭頭的下方會顯示距離目標(biāo)點的距離。當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量為零時，系統(tǒng)搜索不到有用的衛(wèi)星信號，將不能正常完成定位。如果未能完成定位，距離后顯示“ERROR??！〞。系統(tǒng)每10秒左右更新一次定位信息，數(shù)據(jù)跟新時在衛(wèi)星數(shù)量的下方顯示Update，更新時間約為5秒。在數(shù)據(jù)更新的過程紅返回鍵無效。圖4-24定點指向功能界面系統(tǒng)定位在系統(tǒng)定位功能中，系統(tǒng)將接收到的GPS數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，并每隔15秒左右更新一次數(shù)據(jù)。更新數(shù)據(jù)時返回鍵無效同時屏幕第二行顯示“Update〞。圖4-25系統(tǒng)定位界面電子羅盤電子羅盤功能是在屏幕上顯示一個始終指向北方的箭頭。在電子羅盤功能中按“返回〞鍵能夠回到上一級菜單。圖4-26電子羅盤界面第五章系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試時應(yīng)當(dāng)遵循模塊化原那么，完成一個模塊的焊接后現(xiàn)將其調(diào)通再焊接剩余的期間和模塊，調(diào)試的時候還應(yīng)注意新焊接的模塊對舊有模塊的影響，以便分析故障所在和排除。每次上電前應(yīng)仔細(xì)檢查電路上是否有原件引腳、焊錫碎屑等導(dǎo)電材料的存在，以防電路被短路。調(diào)試中如果遇到原件發(fā)熱等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即斷開電源，防止對系統(tǒng)早成進(jìn)一步損害。故障排除后才能夠進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試。軟件調(diào)試時需做好標(biāo)注和記錄，方便后續(xù)工作的進(jìn)行。由于STM32的Flash刷寫次數(shù)有限，應(yīng)盡量減少Flash的刷寫次數(shù)，確保每一次刷寫的價值。當(dāng)程序比擬小或者調(diào)試軟件模塊時，因為STM32支持RAM調(diào)試，可以盡量在RAM中進(jìn)行軟件模塊的調(diào)試。延長Flash的使用時間的同時還可以提高程序的刷寫速度從而提高工作效率。5.1硬件調(diào)試電源調(diào)試由于電源模塊是其他模塊工作的根底，所以先對電源模塊進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程中先將LM1117構(gòu)成的3.3V降壓穩(wěn)壓模塊焊接調(diào)試，由于LM1117的電路結(jié)構(gòu)簡單，出現(xiàn)故障的可能性比擬低，且模塊電路中帶有指示燈，可以方便后面對LTC3521的調(diào)試。電路焊接好后從前端濾波電容的焊盤上引出兩根飛線，加電后指示燈亮，芯片未出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。測量輸出電壓為3.29V，工作正常。然后焊接雙電源轉(zhuǎn)換電路。LT3471的3*3mmQFN封裝的焊接難度很高，在一片芯片的引腳被弄掉后第二片芯片才成功焊上。電路焊接完成后上電測試，正負(fù)電源的兩個指示燈亮、芯片未發(fā)熱。測試輸出電源4.9V，-5.1V，輸出正常。接下來焊接LTC3521電源管理芯片。焊接完成后加電測試，指示燈不亮，芯片也沒有發(fā)熱。測試電壓，發(fā)現(xiàn)沒有輸出。當(dāng)手接觸電路的時候燈亮了，再摸閃兩下有滅了。有時還會閃爍。當(dāng)燈亮的時候，輸出電壓正常。檢查電路后發(fā)現(xiàn)由于沒有接單片機，芯片的三路輸出的使能腳被懸空導(dǎo)致芯片使能信號不穩(wěn)定，已至出現(xiàn)上述狀況。將三個引腳接高電平之后，電源輸出正常。電子羅盤模塊調(diào)試將HMC1052、MCP602和其他外圍電路焊接完成后，在輸出端焊接兩根飛線，接到示波器的探針上。給系統(tǒng)上電，然后取一塊磁鐵在傳感器周圍移動，觀察輸出電壓變化。測試結(jié)果：輸出電壓會隨磁鐵的移動而變化，非常靈敏。然后沿水平方向旋轉(zhuǎn)電路板，觀察輸出電壓與低磁場的關(guān)系。測試結(jié)果：輸出電壓會隨電路般的轉(zhuǎn)動變化，兩個通路的輸出電壓變化可以看出有90度左右的相位差。電路功能正常。USB讀卡器調(diào)試將GL827和外圍電路焊接至電路板上，焊接上TF卡卡槽和USB接口。將TF卡插入卡槽中，使用USB連接線將系統(tǒng)連接至PC機，GL827工作指示燈亮。這時PC機顯示發(fā)現(xiàn)移動存儲設(shè)備。向其中復(fù)制文件，復(fù)制成功。電路功能能正常。電阻測量模塊調(diào)試先將恒流源模塊焊接至電路板上，給系統(tǒng)上電，同相輸入端和反相輸入端電壓，兩者相同，說明恒流源電路正常。然后斷電，將放大電路和測量頭焊接至電路板上。將一個小電阻接至測量頭，上電，用示波器檢測電阻兩端電壓和放大器輸出電壓。輸出電壓為輸入電壓的10倍左右。電路工作正常。單片機小系統(tǒng)調(diào)試將單片機小系統(tǒng)和下載器焊接到電路板上后將下載器連接至下載口，翻開MDK集成開發(fā)環(huán)境。將測試程序下載至單片機中，下載成功。啟動在線調(diào)試，觀察程序運行，程序運行正常。系統(tǒng)正常工作。焊接上單片機小系統(tǒng)后測試USB讀卡器，發(fā)現(xiàn)不能對SD卡進(jìn)行讀寫。但在焊接單片機之前系統(tǒng)正常工作。分析原因，單片機和GL827的引腳沖突。設(shè)計中將兩個系統(tǒng)的電源采用LTC3521的不同電源通路供電，但是在使用USB讀取TF卡是，USB的電流會從電源芯片倒回主電路。倒回的電流可以啟動單片機，從而導(dǎo)致USB讀卡器無法正常讀取。在GL827的供電電路上添加1n4148限制電流流向，問題解決。5.2軟件調(diào)試開發(fā)環(huán)境介紹軟件開發(fā)環(huán)境使用德國Keil公司的RealViewMDK開發(fā)套件。是ARM公司推出的針對各種嵌入式處理器的軟件開發(fā)工具。支ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊、強大的Simulation設(shè)備模擬、性能分析等功能，與ARM之前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本可將性能改善超過20%。其突出特點是：啟動代碼生成向?qū)?，自動引?dǎo)；軟件模擬器，完全脫離硬件的軟件開發(fā)過程；性能分析器，看得更遠(yuǎn)、更細(xì)、更清楚。開發(fā)中使用J-link在線調(diào)試其作為調(diào)試工具和下載器。調(diào)試中遇到的問題調(diào)試定點指向時，每當(dāng)從TF卡中讀取坐標(biāo)數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)所有操作即會失效。分析可能是數(shù)據(jù)處理函數(shù)對鍵值判斷或者讀取產(chǎn)生了影響。閱讀處理函數(shù)，并沒有發(fā)現(xiàn)那里會干擾。為了找到干擾源，串口調(diào)試助手監(jiān)視鍵值變量的值。發(fā)現(xiàn)進(jìn)入坐標(biāo)選擇功能后，鍵值不在發(fā)生變化。為了證實是不是后面的數(shù)據(jù)處理對鍵值造成了影響，重新設(shè)計變量，作為鍵值存儲變量使用。再次利用串口工具觀察，發(fā)現(xiàn)進(jìn)入坐標(biāo)選擇功能后，鍵值依舊不發(fā)生變化。將程序中的數(shù)據(jù)處理函數(shù)屏蔽掉運行，結(jié)果依舊沒有變化。至此數(shù)據(jù)處理函數(shù)影響鍵值的可能性被排除。之后，屏蔽按鍵采集函數(shù)，人工向鍵值存儲變量賦值。發(fā)現(xiàn)鍵值依舊沒有變化。得出結(jié)果，進(jìn)入坐標(biāo)數(shù)據(jù)讀取功能后，變量的賦值受到影響。分析認(rèn)為是指針的問題。將功能函數(shù)依次屏蔽，觀察效果。發(fā)現(xiàn)TF卡數(shù)據(jù)讀取函數(shù)被屏蔽后，按鍵等功能正常。仔細(xì)閱讀TF卡數(shù)據(jù)讀取函數(shù)，發(fā)現(xiàn)存儲一個字符串的數(shù)組沒有預(yù)留出存儲“\0〞的空間。將數(shù)組空間增加一個那么接后功能正常。另外還有很多問題和數(shù)據(jù)變量的轉(zhuǎn)換等有關(guān)。這里不再贅述。5.3功能測試首先對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。在主界面輸入密碼，翻開隱藏功能，將一顆100Ω的精密電阻接入測量頭，按“確定〞鍵啟動標(biāo)定程序。標(biāo)定完成后取出電阻。關(guān)閉系統(tǒng)電源，用USB線將系統(tǒng)連接值PC即。在TF卡中創(chuàng)立四個空白文檔，更改文件名及擴展名為：COM_config.a、Data.txt、L_Rconfig.a、temp.a。斷開USB連接，開啟電源翻開“系統(tǒng)標(biāo)定〞菜單項選擇擇“線長標(biāo)定〞功能，接入一只10Ω的電阻，啟動線長標(biāo)定功能。標(biāo)定完成后輸入線長，測試中輸入100m按確定。然后取出電阻，啟動羅盤標(biāo)定功能，在水平方向上緩慢旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，但是要確保系統(tǒng)能夠旋轉(zhuǎn)720度以上。標(biāo)定完成后翻開參數(shù)選擇“參數(shù)選擇〞功能。選擇最近的一次標(biāo)定數(shù)據(jù)，作為標(biāo)定參數(shù)?；氐街鞑藛?，翻開電阻測量功能，將阻值的電阻接入測量頭啟動測量，查看結(jié)果。圖5-1測量結(jié)果測試結(jié)果與電阻阻值相符。然后翻開定點指向功能，首先測試手動輸入功能。從google地圖上選取一個身邊標(biāo)志物，讀出GPS坐標(biāo)，換算成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，手動輸入系統(tǒng)。啟動系統(tǒng)。圖5-2系統(tǒng)定位通過目測觀察，方向正確，距離也根本正確。轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，箭頭坐標(biāo)始終指向目標(biāo)。遠(yuǎn)離目標(biāo)，顯示距離增加?？拷繕?biāo)，顯示距離減小。功能實現(xiàn)。測試坐標(biāo)選擇選擇需先測試系統(tǒng)標(biāo)定功能。回到主菜單，選擇系統(tǒng)標(biāo)定功能。圖5-3系統(tǒng)定位定位完成后，按“返回〞鍵，保存坐標(biāo)并返回主界面，進(jìn)入定點指向功能，選擇“坐標(biāo)選擇〞功能，選擇最近一次定位的信息。啟動定位。結(jié)果：定位成功，方向和距離都正確。最后，翻開電子羅盤，箭頭始終指向北方，功能實現(xiàn)。關(guān)閉系統(tǒng)電源，通過USB接口將系統(tǒng)連接到PC機上，使用記事本翻開TF卡中的文檔，觀察數(shù)據(jù)。圖5-4Data.txt數(shù)據(jù)圖5-5temp.a數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲功能正常。5.4測試結(jié)果設(shè)計的預(yù)期功能已經(jīng)根本到達(dá)，測量和定位功能可以很好的實現(xiàn)，預(yù)期目標(biāo)已經(jīng)到達(dá)。但是系統(tǒng)在電源管理，界面人性化設(shè)計等方面的工作還缺乏。例如，GPS坐標(biāo)的輸入，本機采用的是GPS模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)格式，但是在google地圖等常用軟件中通常使用的數(shù)據(jù)與之并不相同，以致在使用中需要進(jìn)行數(shù)據(jù)換算。系統(tǒng)的TF卡讀取只有在系統(tǒng)電源關(guān)閉時可以實現(xiàn)，而在未關(guān)閉電源時PC機無法正常從系統(tǒng)中讀取TF卡的內(nèi)容，且當(dāng)系統(tǒng)和PC機聯(lián)機時啟動系統(tǒng)電源進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲操作時會導(dǎo)致死機。從測量結(jié)果中看，系統(tǒng)電阻測量結(jié)果隨測量電阻線性變化，線性度很好。標(biāo)定后系統(tǒng)測量誤差在0.1以下變化。通過系統(tǒng)標(biāo)定可以將環(huán)境對系統(tǒng)的影響減至最小。但是系統(tǒng)標(biāo)定不能消除系統(tǒng)的零點漂移，系統(tǒng)測量0.4歐姆以下的的電阻時，系統(tǒng)總顯示0.4歐姆。分析得到系統(tǒng)的數(shù)字地和模擬地隔離用的電感電阻過大，將隔離電感取掉后短接