【文章內容簡介】 數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)定義如下：. . . .. . 學習好幫手表 空氣傳感器輸出位數(shù)意義列號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10意義 報文頭指令號低字節(jié)高字節(jié)PM10低字節(jié)PM10高字節(jié)保留位保留位校驗和報文尾其中 值：（（ 高字節(jié)*256）+PM 低字節(jié)）/10其中 PM10 值：（（ PM10 高字節(jié) *256）+PM 10 低字節(jié)）/10比如，上述給出的樣例中，第二行的 值為：（0*256+55）/10= ；PM10 的值為：（0*256+124 ）/10=。 ATKNEO6MV23 定位模塊 是一款高性能 GPS 定位模塊，采用 UBLOX NEO6M模組。該模塊使用方便，模塊支持多種波特率傳輸，在使用之前，可以通過串口設置各種參數(shù)，并且可以把各類參數(shù)保存在 EEPROM 中，模塊自帶充電電池，支持冷啟動與熱啟動兩種各種模式。其實物圖如下：. . . .. . 學習好幫手圖 定位模塊實物圖其基本特性如下：圖 ATKNEO6MV23 基本特性其電器特性為：. . . .. . 學習好幫手圖 ATKNEO6MV23 電器特性該模塊具備串口輸出，加上 或 5V 的電壓之后，即可以通過串口進行數(shù)據(jù)讀取，其格式如下：圖 ATKNEO6MV23 原始數(shù)據(jù)輸出 由上圖可以知，輸出的數(shù)據(jù)是一組星歷值，其中的很多數(shù)據(jù)對本次課題無用，甚至對本次實驗而已是冗雜的。為了實驗研究方便，需要把需要的數(shù)據(jù)比如：時間、日期、經(jīng)緯度、高度、風速等信息提取出來，把不需要的數(shù)據(jù)直接舍去，供本次實驗使用。. . . .. . 學習好幫手 開發(fā)板為了實驗研究方便，本次實驗采用正點原子 STM32F103RCT6 開發(fā)板核心板。該開發(fā)板功能較強大，應用較廣，常見的單片機開發(fā)功能都具備。其中，本次實驗需要的主要功能為：外接電源，數(shù)據(jù)提取，16 進制轉換為 10 進制，基本的中斷與停止，數(shù)據(jù)存儲等，該開發(fā)板都可以比較好的滿足。 開發(fā)板簡介開發(fā)板重約 50g，面積較小，滿足本次實驗中無人機搭載物體重量與面積的需求。單片機的整體實物圖與管腳定義圖如下：圖 開發(fā)板實物圖與管腳定義本次課題主要應用的模塊部分有三個串口，串口 1（PA10）用于（PM10 ）的數(shù)據(jù)輸入，串口 2（PC11）用于定位信息輸入，串口3（PC10 ）用于直接實時的在 PC 端查看數(shù)據(jù)的采集情況。單片機的給電，通過. . . .. . 學習好幫手5V 電源輸出/輸入進程給電。金士頓 64G 的存儲卡固定在 SD 卡接口，即可以進行數(shù)據(jù)存儲。 單片機給電模塊本課題設計的系統(tǒng)需要給電的部分包括 STM32 單片機部分，SDS011 高精度激光傳感器，ATKNEO6MV23 定位模塊三部分。無人機給出的是 的輸出電壓，為了實現(xiàn)實驗的要求，選擇采用降壓模塊，考慮到實驗方便與實驗的功率要求，實驗采用 Mini360 航模降壓電源模塊進行，該模塊參數(shù)如下：圖 降壓模塊技術參數(shù)該降壓模塊的正反面實物圖如下：. . . .. . 學習好幫手圖 降壓模塊技術參數(shù)通過降壓模塊之后，得到 5V 的輸出電壓，把 5V 的穩(wěn)定電壓給到單片機的5V 電源輸出/輸入接口，即實現(xiàn)對單片機的供電。同時，從單片機的 電源輸出/ 輸入口接出電源，給定位模塊供電，從 5V 電源輸出/輸入口接出電源，把5V 電壓加到 SDS011 高精度激光傳感器，即實現(xiàn)本次課題的供電情況。 數(shù)據(jù)存儲模塊考慮到實驗采集數(shù)據(jù)的量的需要，本次實驗采用金士頓 64G 的 micro SD 卡作為存儲器，其實物圖如下：. . . .. . 學習好幫手圖 存儲卡實物圖本模塊比較簡單，當需要的實驗的時候，直接把卡插到單片機的 SD 卡槽即可，當需要讀取數(shù)據(jù)的時候，用手機或打卡器對數(shù)據(jù)進行直接讀取即可。. . . .. . 學習好幫手 第 3 章 系統(tǒng)軟件概述與設計如果硬件是系統(tǒng)的軀干或者是主體構架，軟件則是系統(tǒng)的血與肉，只有硬件的系統(tǒng)顯然是不完善的，只有配備較完善的軟件方能較為完善的工作。因此，軟件部分是本系統(tǒng)的核心的部分，只有完善的軟件，才能保證本次課題的最終完成。本課題的軟件部分采用最常見的 C 語言作為編程語言，應用 Keil uVision n 5 作為編程軟件，主要涉及串口通信，中斷與停止，數(shù)據(jù)存儲等功能。 系統(tǒng)環(huán)境與軟件開發(fā)工具本次畢業(yè)設計課題系統(tǒng)選用 ST（意式半導體）公司生產的STM32F103RCT6 核心芯片作為核心微處理器，該微處理器具有較大的優(yōu)勢與便利，核心芯片的處理器選用當前主流的 Cortex—M3 作為內核，同時， Cortex—M3 采用目前最為主流的 ARM V7—M 構架。采用的主要開發(fā)工具為 Realview MDK，其功能強大，包括 uVision IDE，ARM 編譯器，中間庫，調試跟蹤支持，ARM 處理器支持，操作系統(tǒng)等，一般而言，該系統(tǒng)支持 C 語言，匯編語言等，可以滿足大部分用戶的工程需要。系統(tǒng)支持多種程序下載方式，串口下載、U —link 下載、Jlink 下載等，考慮到方便等因素，本次實驗通過 Jlink 下載，通過Jlink 線連接 PC 機與單片機即可，一次下載之后，程序不會消失，之后只要上電就可以直接運行，給實驗與課題的研究都帶來一定的方便。 Realview MDK 介紹“Realview MDK 是 ARM 公司目前推出的最新的針對各種嵌入式處理器的一種實用性很強的軟件開發(fā)工具，ARM 公司的前身是德國的一家軟件開發(fā)公司。MDK 主要由 uVision IDE，ARM 編譯器，中間庫，調試跟蹤支持等部分組成?！北菊n題采用最新的 Uvision 5 作為開發(fā)工具，最新的開發(fā)工具具有很多優(yōu)點，延續(xù)其前身的各種優(yōu)點，同時也額外增加很多額外的功能。其中，Cortex 芯片結構如下：. . . .. . 學習好幫手圖 Cortex—M3 芯片結構基于 Cortex—M3 有一套標準，一般命名為 CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard），其應用程序的一般結構如下：圖 CMSIS 程序基本結構使用 MDK 開發(fā)的一般流程如下： 新建工程（項目） 編寫目標文件，當前一般采用較為流行的 C 語言或較為基礎的匯編語言 編譯程序 若有問題，對問題修改 鏈接設備，下載程序，運行一般軟件開發(fā)的流程如下：. . . .. . 學習好幫手圖 Uvision 開發(fā)一般流程圖 J—Link 仿真調試為了支持 ARM 仿真，并且使其擁有通用的仿真器，SEGGER 公司推出了一款名為 J—link 的通用仿真器，該仿真器支持所有 ARM 內核芯片的仿真，通過專有接口與 IAR EWAR， ADS，KEIL， RealView 等連接，支持ARM7/ARM9/ARM11,Cortex M0/M1/M3/M4 等內核芯片的仿真，操作簡便，易學易懂，是 ARM 芯片開發(fā)最實用的開發(fā)工具。其主要特性如下：圖 J—link 功能特性. . . .. . 學習好幫手本次實驗采用 20 管腳的 J—link 連接器，采用 USB 口直接供電，也即是采用 5V 供電，通過 USB 轉接實現(xiàn) PC 機與的 J—link 的通信、調試、控制等工作，當用作 J—link 時，其管腳定義如下所示：圖 J—link 管腳功能圖 串口對數(shù)據(jù)的輸入與查看本次課題，數(shù)據(jù)的輸入主要采用的是單片機的兩個串口。其中，為了地面端驗證系統(tǒng)與程序的正確性，增加了在地面端通過串口查看數(shù)據(jù)的功能，該功能實現(xiàn)在地面端直接通過串口 3 查看的功能，當系統(tǒng)的 SD 卡連接成功并且初始化成功，數(shù)據(jù)的輸入都正確實現(xiàn)的情況下，可以在串口每隔 20s 收到一組數(shù)據(jù)。若要在地面端通過 PC 機實時查看結果，則也可以通過串口直接進行查看，其中的串口定義如下：表 系統(tǒng)串口對應功能圖串口代碼 1 2 3對應端口號 PA10 PC11 PC10功能實現(xiàn) （ PM10）數(shù)據(jù)輸入端口GPS 定位信息輸入端口地面端通過 PC 機查看系統(tǒng)運行情況 數(shù)據(jù)輸入串口數(shù)據(jù)的輸入主要是借助單片機的兩個串口實現(xiàn)，其中串口 1 用于對（PM10 ）進行輸入，接收到的信息主要是以 為周期的 16 進制字符串，我們需要對其進行處理。串口 2 主要接收的是 GPS 定位信息，顯然，收到的也. . . .. . 學習好幫手是一些 16 進制呈現(xiàn)的字符串，我們需要做的后續(xù)工作是對其進行解析與提取，并且把一些不需要的數(shù)據(jù)進行合理的取舍。在該過程中，因為涉及到兩個串口的輸入，則會有時序問題。本次實驗考慮到數(shù)據(jù)讀取與顯示方便，時序邏輯如下：讀 取 （ PM10）值 讀 取 GPS定 位 信 判 斷 時 間 是 否超 過 20SN空 一 行 ， 并且 重 新 開 始Y圖 接收串口時序圖具體到代碼實現(xiàn)過程中，用兩個時間來計數(shù)，TM1，作為每次輪換的時間，其閾值為 ，當?shù)陀? 的時候，則繼續(xù)讀取，否則轉換為另外一組數(shù)據(jù)的讀取。為了使讀取數(shù)據(jù)可讀性更好，定義 TM2，TM2 作為是否空行的時間點，其閾值為 20s，若從開始到當前時間小于 TM2，則選擇一直讀下去，否則空行，進行下一組測量。考慮到無人機上天之后，無法進行控制，本次課題中也就沒有增設其他的控制信號。以上的部分的關鍵代碼如下：. . . .. . 學習好幫手圖 接收串口關鍵代碼 數(shù)據(jù)查看串口 為了在無人機起飛之前對系統(tǒng)的正確性與準確性有一個比較直觀的認識與保證，在地面對通過串口 3 直接查看數(shù)據(jù)存儲情況，其查看的原理為：當?shù)孛娑说募与?，并且初始化成功，所謂初始化成功指的是，兩個傳感器可以正確的獲取數(shù)據(jù)，并且 SD 卡初始化沒有問題，當按下單片機的 “reset”鍵之后，在串口 3 看到返回一個“OK” 的提示符，提示系統(tǒng)初始化成功，并且準備下一期的數(shù)據(jù)讀取與存儲。其關鍵部分代碼為：. . . .. . 學習好幫手圖 查看串口關鍵代碼 系統(tǒng)環(huán)境與軟件開發(fā)工具 軟件設計程序設計整體構架空氣監(jiān)測系統(tǒng)的主要工作是完成對空氣中的 與 PM10 的數(shù)據(jù)的獲取與采集，并且實時的獲得當?shù)氐亩ㄎ恍畔ⅲń?jīng)緯度、高度、當?shù)仫L速、時間等。獲得數(shù)據(jù)之后，把數(shù)據(jù)傳給單片機的串口，通過編程實現(xiàn)對數(shù)據(jù)提取，并且對所采數(shù)據(jù)進行十六進制轉化，通過 FATS 文件格式進程存儲，其總體構架如下：. . . .. . 學習好幫手上 電系 統(tǒng) 模 塊 初始 化GPS信 息 獲 取 N定 位 信 息 獲取 成 功Y傳 感 器 數(shù) 據(jù)采 集數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 據(jù) 存 儲 SD卡PC端 串 口 3查看Y圖 程序設計總體框架 系統(tǒng)模塊初始化系統(tǒng)模塊初始化作為實驗的根本條件，完善的并且正確的初始化，才能保證系統(tǒng)準確的運行。該系統(tǒng)因為應用 STM32F103RCT6，如果涉及用 PC 機觀測數(shù)據(jù)的則需要三個串口，不需要直接觀測則需要應用兩個串口，STM32 系列核心芯片有 5 個串口，則