一种物体定位检测实验电路设计

2022-07-07 01:55:26王亚林陈楠

电子技术与软件工程 2022年6期

王亚林陈楠

（东华理工大学江西省南昌市 330013）

近三十年来，居民生活物品越来越丰富，最明显之一是机动车的使用，人们出行速度越来越快；但是，在享受机动车便捷的同时，堵车、交通事故也频繁发生。为解决这些矛盾，各种监测技术开始广泛应用于生产、生活中；其将先进的信息处理、数据通信、电子控制、计算机处理等技术有效结合起来，实时精准定位出车辆当前位置、速度，一旦出现违规等状况时，做到及时提醒，将交通监测的人工管理变成对交通监测的智能化精准管理，极大降低了安全隐患，给管理部门采集精准数据提供了可靠性、便捷性，大大提高了管理效率。

1 系统框图与主要模块电路

1.1 系统框图

本文设计的定位检测电路，力求电路系统简单实用，设计的检测系统框图如图1所示。

图1：监测电路系统框图

1.2 定位模块ATGM332D

使用的ATGM332D模块，首次启动定位的加载周期为32S，完全冷启动捕获灵敏度为-148dBm，进行跟踪定位（也称测速定位）的灵敏度为-162dBm，模块在本设计中的电气连接通过单片机的P3.0、P3.1引脚，实现数据通信交互，ATGM332D模块如图2所示。

图2：ATGM332D模块

1.3 温湿度DHT11模块

采用温湿度模块DHT11，它是一个单总线复合型环境传感器，内部集成了基于电阻原理的湿度感知单元和NTC温度感知单元，具有非常精确的环境温湿度值获取、计算输出以及解析算法等功能，经过市场长期考验后的公平校准，已成为现今主流的温湿度检测元件之一。

DHT11模块在设计中采用总线制串行接口，信号传输距离可达20m，可以满足诸多场景。本设计DATD接口和开发板P1.1相连，温湿度检测电路及实物图如图3所示。

图3：温湿度DHT11模块

将前述模块全部连接后，搭建的整体硬件电路如图4所示。

图4：整体硬件电路

2 系统主程序流程设计

电路运行时，需先初始化电路信息，重新建立单片机通信时序，然后解析来自DHT11的温度、湿度及ATGM332D的经纬度信息，并根据实时经纬度变化计算速度，最终将信息送至LCD1602屏幕进行显示。因为LCD1602每次只能显示两行分别16个字符，因而需要通过按键进行翻页，需要单片机判断有效触发并进行控制翻页操作，主程序流程图如图5所示。

图5：主程序流程图

3 卫星定位及测速算法设计

利用卫星对地球发出电磁波实现定位功能。由于电磁波传输速度不变，根据信号发射和接收到的时间差，当地面设备接收并解析数据后，即可获得卫星和定位检测设备之间的距离。一般一个定位的过程由多个卫星信号的计算组成，利用多颗卫星的信号传输时间得出多个时间差计算出多个距离，可以列出一组方程，方程需要解析4个参量：即定位设备的（X,Y,Z）三维坐标，以及本地时间与卫星系统的时间差，多卫星定位参数获取模型示意图6所示。

图6：多卫星定位参数获取模型示意图

R为三维坐标函数，卫星发送信息也是以报文的形式进行，三个参量的差值分别来源于3颗卫星的最近一次和最新一次两者之间的报文数据差，通过插值计算实现地理经纬度分析输出。由于卫星与地面的通信属于超远距离通信技术，每隔6秒会发出一个数据包，包含有“数据位、CA码序列、载波波形”参数，通过卫星的有源天线将数据包以电磁波形式发射到地表。地表的终端、车载设备等持续锁定卫星信号并不断接受数据包进行解析。在解算的过程中，需要计算每颗卫星当前时刻的时间戳（最近一次收到的时间戳加最新报文的时间偏移量），然后根据数据形式公式进行位置数据计算和输出。