【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)定義如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手表 空氣傳感器輸出位數(shù)意義列號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10意義 報(bào)文頭指令號(hào)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(yàn)和報(bào)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(guò)串口設(shè)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(dòng)與熱啟動(dòng)兩種各種模式。其實(shí)物圖如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 定位模塊實(shí)物圖其基本特性如下：圖 ATKNEO6MV23 基本特性其電器特性為：. . . .. . 學(xué)習(xí)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(guò)串口進(jìn)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(duì)本次課題無(wú)用，甚至對(duì)本次實(shí)驗(yàn)而已是冗雜的。為了實(shí)驗(yàn)研究方便，需要把需要的數(shù)據(jù)比如：時(shí)間、日期、經(jīng)緯度、高度、風(fēng)速等信息提取出來(lái)，把不需要的數(shù)據(jù)直接舍去，供本次實(shí)驗(yàn)使用。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 開(kāi)發(fā)板為了實(shí)驗(yàn)研究方便，本次實(shí)驗(yàn)采用正點(diǎn)原子 STM32F103RCT6 開(kāi)發(fā)板核心板。該開(kāi)發(fā)板功能較強(qiáng)大，應(yīng)用較廣，常見(jiàn)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)功能都具備。其中，本次實(shí)驗(yàn)需要的主要功能為：外接電源，數(shù)據(jù)提取，16 進(jìn)制轉(zhuǎn)換為 10 進(jìn)制，基本的中斷與停止，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，該開(kāi)發(fā)板都可以比較好的滿足。 開(kāi)發(fā)板簡(jiǎn)介開(kāi)發(fā)板重約 50g，面積較小，滿足本次實(shí)驗(yàn)中無(wú)人機(jī)搭載物體重量與面積的需求。單片機(jī)的整體實(shí)物圖與管腳定義圖如下：圖 開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖與管腳定義本次課題主要應(yīng)用的模塊部分有三個(gè)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(shí)時(shí)的在 PC 端查看數(shù)據(jù)的采集情況。單片機(jī)的給電，通過(guò). . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手5V 電源輸出/輸入進(jìn)程給電。金士頓 64G 的存儲(chǔ)卡固定在 SD 卡接口，即可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 單片機(jī)給電模塊本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)需要給電的部分包括 STM32 單片機(jī)部分，SDS011 高精度激光傳感器，ATKNEO6MV23 定位模塊三部分。無(wú)人機(jī)給出的是 的輸出電壓，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的要求，選擇采用降壓模塊，考慮到實(shí)驗(yàn)方便與實(shí)驗(yàn)的功率要求，實(shí)驗(yàn)采用 Mini360 航模降壓電源模塊進(jìn)行，該模塊參數(shù)如下：圖 降壓模塊技術(shù)參數(shù)該降壓模塊的正反面實(shí)物圖如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 降壓模塊技術(shù)參數(shù)通過(guò)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(jī)的5V 電源輸出/輸入接口，即實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的供電。同時(shí)，從單片機(jī)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(shí)現(xiàn)本次課題的供電情況。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊考慮到實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)的量的需要，本次實(shí)驗(yàn)采用金士頓 64G 的 micro SD 卡作為存儲(chǔ)器，其實(shí)物圖如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 存儲(chǔ)卡實(shí)物圖本模塊比較簡(jiǎn)單，當(dāng)需要的實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，直接把卡插到單片機(jī)的 SD 卡槽即可，當(dāng)需要讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，用手機(jī)或打卡器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接讀取即可。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 第 3 章 系統(tǒng)軟件概述與設(shè)計(jì)如果硬件是系統(tǒng)的軀干或者是主體構(gòu)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(jiàn)的 C 語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，應(yīng)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(chǔ)等功能。 系統(tǒng)環(huán)境與軟件開(kāi)發(fā)工具本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題系統(tǒng)選用 ST（意式半導(dǎo)體）公司生產(chǎn)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(shì)與便利，核心芯片的處理器選用當(dāng)前主流的 Cortex—M3 作為內(nèi)核，同時(shí)， Cortex—M3 采用目前最為主流的 ARM V7—M 構(gòu)架。采用的主要開(kāi)發(fā)工具為 Realview MDK，其功能強(qiáng)大，包括 uVision IDE，ARM 編譯器，中間庫(kù)，調(diào)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(yǔ)言，匯編語(yǔ)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(shí)驗(yàn)通過(guò) Jlink 下載，通過(guò)Jlink 線連接 PC 機(jī)與單片機(jī)即可，一次下載之后，程序不會(huì)消失，之后只要上電就可以直接運(yùn)行，給實(shí)驗(yàn)與課題的研究都帶來(lái)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(duì)各種嵌入式處理器的一種實(shí)用性很強(qiáng)的軟件開(kāi)發(fā)工具，ARM 公司的前身是德國(guó)的一家軟件開(kāi)發(fā)公司。MDK 主要由 uVision IDE，ARM 編譯器，中間庫(kù)，調(diào)試跟蹤支持等部分組成。”本課題采用最新的 Uvision 5 作為開(kāi)發(fā)工具，最新的開(kāi)發(fā)工具具有很多優(yōu)點(diǎn)，延續(xù)其前身的各種優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也額外增加很多額外的功能。其中，Cortex 芯片結(jié)構(gòu)如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 Cortex—M3 芯片結(jié)構(gòu)基于 Cortex—M3 有一套標(biāo)準(zhǔn)，一般命名為 CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard），其應(yīng)用程序的一般結(jié)構(gòu)如下：圖 CMSIS 程序基本結(jié)構(gòu)使用 MDK 開(kāi)發(fā)的一般流程如下： 新建工程（項(xiàng)目） 編寫目標(biāo)文件，當(dāng)前一般采用較為流行的 C 語(yǔ)言或較為基礎(chǔ)的匯編語(yǔ)言 編譯程序 若有問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題修改 鏈接設(shè)備，下載程序，運(yùn)行一般軟件開(kāi)發(fā)的流程如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 Uvision 開(kāi)發(fā)一般流程圖 J—Link 仿真調(diào)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(nèi)核芯片的仿真，通過(guò)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(nèi)核芯片的仿真，操作簡(jiǎn)便，易學(xué)易懂，是 ARM 芯片開(kāi)發(fā)最實(shí)用的開(kāi)發(fā)工具。其主要特性如下：圖 J—link 功能特性. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手本次實(shí)驗(yàn)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(guò) USB 轉(zhuǎn)接實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與的 J—link 的通信、調(diào)試、控制等工作，當(dāng)用作 J—link 時(shí)，其管腳定義如下所示：圖 J—link 管腳功能圖 串口對(duì)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(jī)的兩個(gè)串口。其中，為了地面端驗(yàn)證系統(tǒng)與程序的正確性，增加了在地面端通過(guò)串口查看數(shù)據(jù)的功能，該功能實(shí)現(xiàn)在地面端直接通過(guò)串口 3 查看的功能，當(dāng)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(shí)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(guò) PC 機(jī)實(shí)時(shí)查看結(jié)果，則也可以通過(guò)串口直接進(jìn)行查看，其中的串口定義如下：表 系統(tǒng)串口對(duì)應(yīng)功能圖串口代碼 1 2 3對(duì)應(yīng)端口號(hào) PA10 PC11 PC10功能實(shí)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(guò) PC 機(jī)查看系統(tǒng)運(yùn)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(jī)的兩個(gè)串口實(shí)現(xiàn)，其中串口 1 用于對(duì)（PM10 ）進(jìn)行輸入，接收到的信息主要是以 為周期的 16 進(jìn)制字符串，我們需要對(duì)其進(jìn)行處理。串口 2 主要接收的是 GPS 定位信息，顯然，收到的也. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手是一些 16 進(jìn)制呈現(xiàn)的字符串，我們需要做的后續(xù)工作是對(duì)其進(jìn)行解析與提取，并且把一些不需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的取舍。在該過(guò)程中，因?yàn)樯婕暗絻蓚€(gè)串口的輸入，則會(huì)有時(shí)序問(wèn)題。本次實(shí)驗(yàn)考慮到數(shù)據(jù)讀取與顯示方便，時(shí)序邏輯如下：讀 取 （ PM10）值 讀 取 GPS定 位 信 判 斷 時(shí) 間 是 否超 過(guò) 20SN空 一 行 ， 并且 重 新 開(kāi) 始Y圖 接收串口時(shí)序圖具體到代碼實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用兩個(gè)時(shí)間來(lái)計(jì)數(shù)，TM1，作為每次輪換的時(shí)間，其閾值為 ，當(dāng)?shù)陀? 的時(shí)候，則繼續(xù)讀取，否則轉(zhuǎn)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(shí)間點(diǎn)，其閾值為 20s，若從開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)間小于 TM2，則選擇一直讀下去，否則空行，進(jìn)行下一組測(cè)量。考慮到無(wú)人機(jī)上天之后，無(wú)法進(jìn)行控制，本次課題中也就沒(méi)有增設(shè)其他的控制信號(hào)。以上的部分的關(guān)鍵代碼如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 接收串口關(guān)鍵代碼 數(shù)據(jù)查看串口 為了在無(wú)人機(jī)起飛之前對(duì)系統(tǒng)的正確性與準(zhǔn)確性有一個(gè)比較直觀的認(rèn)識(shí)與保證，在地面對(duì)通過(guò)串口 3 直接查看數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況，其查看的原理為：當(dāng)?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(gè)傳感器可以正確的獲取數(shù)據(jù)，并且 SD 卡初始化沒(méi)有問(wèn)題，當(dāng)按下單片機(jī)的 “reset”鍵之后，在串口 3 看到返回一個(gè)“OK” 的提示符，提示系統(tǒng)初始化成功，并且準(zhǔn)備下一期的數(shù)據(jù)讀取與存儲(chǔ)。其關(guān)鍵部分代碼為：. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 查看串口關(guān)鍵代碼 系統(tǒng)環(huán)境與軟件開(kāi)發(fā)工具 軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)整體構(gòu)架空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要工作是完成對(duì)空氣中的 與 PM10 的數(shù)據(jù)的獲取與采集，并且實(shí)時(shí)的獲得當(dāng)?shù)氐亩ㄎ恍畔?，包括?jīng)緯度、高度、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、時(shí)間等。獲得數(shù)據(jù)之后，把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)的串口，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)提取，并且對(duì)所采數(shù)據(jù)進(jìn)行十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化，通過(guò) FATS 文件格式進(jìn)程存儲(chǔ)，其總體構(gòu)架如下：. . . .. . 學(xué)習(xí)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(chǔ) SD卡PC端 串 口 3查看Y圖 程序設(shè)計(jì)總體框架 系統(tǒng)模塊初始化系統(tǒng)模塊初始化作為實(shí)驗(yàn)的根本條件，完善的并且正確的初始化，才能保證系統(tǒng)準(zhǔn)確的運(yùn)行。該系統(tǒng)因?yàn)閼?yīng)用 STM32F103RCT6，如果涉及用 PC 機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)的則需要三個(gè)串口，不需要直接觀測(cè)則需要應(yīng)用兩個(gè)串口，STM32 系列核心芯片有 5 個(gè)串口，則