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多功能电子高原登山辅助仪的设计与实现

作者:时间:2016-10-29来源:网络收藏

被称为“世界屋脊”的青藏高原拥有世界上无与伦比的自然景观,这里有远近驰名藏式宫殿建筑布达拉宫,世界最高峰珠穆朗玛峰,多少神山圣水,吸引了大量的国内外游客到此国光旅游,这里可以说是旅游者的天堂。到此登山的游客更是络绎不绝,而西藏地处高原,海拔相对较高,紫外线强烈,氧气浓度较低,气候比较干燥,导致游客皮肤晒伤、因缺氧导致高原反应等不利情况。而在登山过程中,也会发生因意外事件如手机相机在拍照时没电,夜晚在野外缺乏照明设备等。综上笔者设计了此款辅助仪器,它采用不同的对温度、湿度、紫外线强度环境变量的实时测量,通过显示屏显示;及时提醒游客采取保护措施;本仪器开发了外设充电模块,采用太阳能作为主充电。当使用太阳能充电不能满足需求时,我们可以采用交流充电,如在野外阴天采用手摇发电,此充电方法简单快捷;能够最大限度的解决野外供电问题;本仪器还增添了USB应急充电接口以及LED照明灯,可以在偏远或者紧急情况下照明使用;同时它还集成了的功能,可以显示出此仪器所在地的经纬度,方便使用者了解自己的位置信息。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/309170.htm

1 系统设计方案

1.1 系统硬件设计

本文设计的硬件包括,凌阳公司的SPCE061A单片机、稳压电路、过充过放保护电路。本文中主要利用由蓄电池给硬件部分提供电源,通过稳压电路提供单片机工作电压,主控芯片控制LCD显示和,系统硬件设计框图如图1所示。

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1.2 GPS Module定位原理

的基本原理:根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图2所示,假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机,可以测定GPS信号到达接收机的时间△t,再加上接收机所接收到的卫星星历等数据可以确定以下4个方程式:

[(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2]1/2+c(Vt1-Vt0)=d1

[(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2]1/2+c(Vt2-Vt0)=d2

[(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2]1/2+c(Vt3-Vt0)=d3

[(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2]1/2+c(Vt4-Vt0)=d4

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上述4个方程式中待测点坐标z、y、z和Vt0为未知参数,其中dt=cti(i=△1、2、3、4)。di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。ti(i= △1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。c为GPS信号的传播速度(即光速)。

1.3 温度/光线检测电路

温度/光线检测模块电路如图3,电源电压经稳压管TL431稳压到2.5V,提供给由R8和热敏电阻R9组成的分压电路以及R10和光敏电阻R11组成的分压电路,热敏电阻R9分得的电压通过TO输出,光敏电阻R11分得的电压通过LO输出。可以直接把SPCE061A单片机ADC的任一通道与TO或LO连接,利用单片机进行A/D转换,并计算出对应的温度和光线强度。

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1.4 液晶显示子函数软件流程框图

设备启动后,系统调用液晶驱动函数,端口初始化后,执行一个循环,判断是否完成清屏,然后调用液晶显示函数,并执行另一个循环,判断相应的数据是否完全显示,如

图4所示。

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1.5 GPS数据转换程序

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2 整体测试结果

本项目顺利完成,最终效果与设计要求误差不大。图5为实物显示图,图中显示出了从GPS模块接收过来的时间和经纬度信息,图中时间和纬度后面都带了一个A,这是一个标志信息说明GPS模块接收到的信息是有效且正确的。图5中后两幅图是液晶显示屏显示当前环境的温度、湿度和紫外线强度,这组数据是在室内测量的,我们用了相应的温湿度计和紫外线辐射计进行对照,本仪器测量的和实测结果相差并不大。实物如图6所示。

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下表为仪器测量出的一些实际数据,由于液晶显示屏效果较差我将显示的数据分别列出,表中显示的是在校园中实际测量的数据,它包括了藏语显示和汉语显示,至于所显示出的经纬度是在西藏大学校园内实际测量出来的。

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3 结束语

文中运用16位主控芯片结合模组、温湿度、液晶显示等制作了一个由可充电电池供电,并且便携、人性化的多功能电子高原登山辅助仪。本文采用的16位控制芯片具有较高的执行效率,功耗低,稳定性好,实现了智能化控制。通过对西藏地区实际情况的考察,结合游客和当地市民的需要本设计不但解决了西藏地区的实际问题,而且具有非常好的市场空间,完全可以在内地诸多城市进行推广。



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