【正文】 轉換器進行系統(tǒng)電池電壓檢測 . 電源模塊設計 原理電路如圖 22， 采用凌特公司 (Linear Tech) BuckBoost DC/DC 轉換器 LTC3443，效率最高 為 96%。為減小電源輸出電壓紋波，輸出端采用 47uf 鉭電容 C10 濾波，通過 R5和 R9 分壓設置 LTC3443 反饋電壓，從 VIN輸入電壓范圍為~， VOUT 輸出 系統(tǒng)工作電壓。 SI2301DS 為 電源 控制 開關，該芯片工作電壓 ,導通狀態(tài)壓降很小。當 AudioSwitch 為低電平時，能保證從AudioPAower 輸入 ,從 VOUT 輸出 。采用電源通斷管理 ,能夠在適當時刻調整主板工作電流 ,降低功耗 . V O U TA u d io P o w e rR 1 33 6 0 K % 1 C 1 3561R 1 4222221C A P N PQ1S I 2 3 0 1 D SR 1 515KR 1 615KA u d io S w it c hL T C 3 4 4 3U8S W 14P V I N9V I N10S H D N1M O D E7P G N D3P G N D6G N D2VC11FB12V O U T8S W 25L16 R 8+ C 1 210uF+ C 1 447uFV I NL22 R 2R 1 13 6 0 K % 1R 1 22 0 0 K % 1+ C 1 5220uF 圖 22 電 源模塊 電路 時鐘電路設計 采用 美國 DALLAS 公司 的 DS1302 時鐘芯片 ， 電路如圖 24 所示： U1D S130 2X12X23GND4R ST5I/O6SC LK7VC C1VC C8Y132. 768K H zR14. 7KR24. 7KR34. 7KM ainP ow erBT 1C R 2302D S_I OD S_S C LKD S_R ST 圖 24 時鐘電路 5 DS1302 是帶 RAM 的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓 ～ 。 7 腳 采用三線接口與單片機進行同步通信 。 在 GPS 有信號時，單片機將利用接收的時間自動去校正 DS1302 的時間，保證了從 1302 讀取的時間信息的準確性 。 時鐘芯片 采用雙電池供電， 關閉主電源 Mainpower 時 備用電池 BT1 可以保持 DS1302 工作，從而防止時間和日期丟失 。 壓力傳感器模塊電路及軟件算法設計 選用的壓力傳感器 MS5540B通過 3 線接口 向單片機 提供 16 位的的壓力和溫度參數 原理圖如圖 25 所示。 C1 在氣壓傳感器轉換數據時保持電池電壓，選擇47uF 的鉭電容。 33 歐姆 的排阻 RN1 實現(xiàn) MS5540B 和 單片機 I/O 間通信阻抗匹配。 圖 25 壓力傳感器模塊電路原理圖 根據 氣象學 中 垂直方向上氣壓隨高度增加而降低 關系 如圖 26。 利用 大氣氣體分子分布和理想氣體的等溫過程，可以得到如 下關系： ????????????????????800 1RTg ra d ien tg ra d ien tPpTTh 圖 26 大氣壓力與高度對應關系 式中： 海平面氣壓 mb arP ? ； 海平面溫度 KT ? ； 對流層溫度梯度 (Tgradient)=[K/m] ； 平流層溫度梯度 ℃ ； 氣體常數 R=R*/M0 M S5 5 4 0U2SC L K1VSS2PV3PEN4VD D5M C L6DIN7D OU T8RN1331234 5678 M S_ SC L KM S_ D I NM S_ D OU TM S_ M C LM a in Po w e rC14 7 6 / T a n t lu m 6 R=[J/(Kkg)]； P 為測得的大氣壓。為了 減小單片機運算量 將該 公式分段線性化 計算海拔高度 h，實現(xiàn)了間接測量海拔的目的。 由于通過氣壓計算海拔高度受溫度、風力、地貌等影響，所以存在不確定誤差，為了提高系統(tǒng)測量精度，系統(tǒng)在有 3 顆 GPS 可用衛(wèi)星情況下，直接由 GPS模塊獲得海拔高度信息 （后面 GPS 模塊 部分介紹） ，在 GPS 信號弱時用氣壓計算法得到海拔高度，讓系統(tǒng)在海拔高度測量上可全天候全方位工作。 氣象局通過測量大氣壓力在一段時間內的 改變來預測天氣。 通過測量大氣壓力變化的斜率 dP/dt 來預報天氣，如 下表 27： 本系統(tǒng)連續(xù)檢測四小時在天氣變化情況能過對天氣進行預報。 表 27 氣壓變化與天氣狀 況對應表 濕度測量電路設計 選用濕度傳感器 STH71， 一款高度集成的濕度傳感器芯片， 電路 如 圖 28 所示 ， U3 即為濕度傳感器 SHT71， 其 SCK 與 DATA 引腳分別與單片機 和 引腳連接， 進行數據交換， 通過 單片機獲 取 濕度 數據 SORH， 最后 根據器件資料，通過公式 （ 1） 可算 出 濕度值 RHlinear。 RHlinear= +（ *106） .SORH2－ 4 （ 1） 圖 28 濕度傳感器模塊原理圖 GPS 模塊電路設計 GPS 模 塊 采用的是 GS15B 模 塊， 它 具有完 全獨 立的 GPS 接收器， 單 片機通過 串口（ ） 與其 3 腳 （ TXA） 連 接， 如圖 210。 G S 15 BU9EN 1V C C 2T X A 3R X A 4G N D 5BOOT 6G P S T X AG P S P ow er 圖 210 GPS模 塊 連接電路 在 該 模 塊 中 實現(xiàn)經 度、 緯 度、海拔高度、方位角、移 動 速度等 數 據的采集，通 過軟 件 處 理，以 實 現(xiàn) 系 統(tǒng)導 航、路 點軌跡繪 制等功能。 dP/dt , 不會持續(xù) dP/dt , 持續(xù)晴天 dP/dt dP/dt ,持續(xù)雨天 dP , 雷陣雨 , 不會持續(xù) SH T 71U3SCK1VDD2VSS3DATA4M ainPow erSH T D AT ASH T SC KR44. 7KC2105 7 音樂播放 電路 該電路 利用 12 位串行 DA 轉換器 TLV5616， 通過 SPI 總線與單片機連接，實現(xiàn) 語音數字信號到模擬信號的轉換。通過 OPA2365 進行濾波處理， R RC C6 組成 截止頻率為 的 二階 SallenKey 動態(tài)低通濾波器平滑音頻抽樣邊緣。 (2) 根據（ 2）式計算得到濾波參數。 最后將 信號送到 TPA701 進行放大，由揚聲器放出。 電路如圖 211 圖 211 音樂播放 電 路 三、軟件流程 主程序流程圖 單 片 機 初 始化鍵 盤 初 始 化 開 機 ？液 晶 顯 示 初 始 化 、 開 機鈴 聲 、 D S 1 3 0 2 、S H T 7 1 、 M S 5 5 4 0 B 、U S A R T 0 、 內 部 定 時 1 S等 初 始 化中 斷 讀 取 數 據 報 警 ？ 低 功 耗 ？ 關 機 ？進 入 數 據顯 示關 閉 顯 示 ， 關 閉讀 數 中 斷 ， 關 閉所 有 外 圍 傳 感 器， 進 入 L P M 4關 閉 顯 示 ，進 入 L P M 3進 入 報 警狀 態(tài) 21212 1f CCRRc ??R618KR718KA u d io P o w e rC7104C3104+C4106D A D I ND A S C L KD A F SU6T P A 7 0 1 DVO+5G N D7S H U T D O W N1I N 4B Y P A S S2 I N +3 V D D6VO8LS1S P E A K E R 8 R 0OPA23 65U5I N A +3 I N A 2I N B +5I N B 6VCC8GND4V O U T A1V O U T B7A u d io P o w e rA u d io P o w e rR83 . 9 KR96 . 8 KC5104T L V 5 6 1 6U4D I N1S C L K2CS3FS4A G N D5R E F I N6O U T7V D D8C6222R 1 061KR51 . 8 KN Y N N N Y Y Y 8 四、 測試方法與測試結果 測試儀器 DPA（ YW）精度數字氣壓溫度計、 etrex GPS、 testo 6351 溫濕度儀 測試方法 首先根據原理圖， 連 接好電路。 打開電源， 讓系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)，然后選擇能接收 GPS 信號的地方，讀取 、記錄 各測試項目的數值； 再通過相應儀器測量出 標準值， 記錄下來。 測量三次以上， 最后通 過計算平均值法 ， 算出 各項項目誤差，功能 測試 過程 按操作說明書進行操作。 測試結果 溫度測試（ 單位： ℃）： 圖 見附錄 次數 項目 第一次 第二次 第三次 誤差 測量值 177。 儀器標準值 濕度測試（ 單位： %RH）： 次數 項目 第一次 第二次 第三次 誤差 測 量值 % 儀器標準值 氣壓測試（ 單位： mbar）： 圖 見附錄 次數 項目