嵌入式控制器在电力监控和智能交通中的应用分析

　　设计者和厂商都希望嵌入式控制器能够为电力监控与交通管理系统提供新的通用功能，包括满足用电计量、汽车监控、数据搜集和传感器调节等方面的要求。当今嵌入式控制器种类与型号已不少，而基于混合信号的嵌入式控制器作为实现这些系统功能的监控，是一种实现节能的新型有效技术。

　　主要技术规范

　　如今，一类新的嵌入式控制器已经出现，它们能在同一硅片上整合高性能数据采集子系统，具有近似DSP功能及RSIC-CPU核，从而简化了外部模拟接口。图1示意了现代嵌入式控制器(MAXQ系列)的整合能力，并与传统微控制器作了比较。

　　MAXQ系列嵌入式控制器是这种新一代μc的代表，除了通常的UART(通用异步接收、传送器)、定时器和I/O端口外，还集成了一组简化的模拟接口的外设：

　　一个16位、每秒8百万条指令(MIPS)及单周期RISC核;

　　具有32Kd闪存(flash存储器)、512BRAM和独立波特率产生器的2个UART;

　　一对16位Delta-Sigma(△∑)ADC;

　　能够以PWM模式工作的16位定时器;

　　一个带40位累加器的16×16乘法器。

　　MAXQ系列嵌入式控制器还有一个时钟/日历、一个LCD控制器和简化IR(红外)通讯通道接口的硬件。内含3个定时器，其中1个支持PWMD/A;红外通信功能;可驱动112段LCD的控制器;依靠电池备份、具有日历和亚秒闹钟功能的实时时钟。

　　在电力监控与交通安全方案中的应用

　　电力监视装置方案

　　如今越来越多的电器始终处于耗电状态。例如电冰箱，其电源含间歇开关，只有当冰箱内部温度高于限定值时电源才被接通。实际上，耗电的设备到处都是，多媒体设备发出亮光的指示灯，表示它被关闭，在等待命令被再次打开。过去，闭合开关就意味着该设备不再有任何形式的工作。但在今天，“关掉”电视机只是使其处于待机模式，而许多电路仍在耗电。事实上，现在已经很难找到真正切断电源的电器。

　　微机也是隐蔽耗电的设备。在网络时代的今天，人们离开时还让微机下载文件、收取邮件等等，其耗电量仍值得考究。MAXQ系列嵌入式控制器不失为电力监视装置设计方案中的理想选择。

　　应用方案

　　MAXQ系列嵌入式控制器它的两个ADC分别设计用于监视电压通道和电流通道。在本项目中，MAXQ3120连续监视进入某设备的电压和电流。然后，它可以报告该设备的平均功率，用电高峰出现的次数和幅度，如有需要还可提供该设备的功率因数。

　　其最简单、直接的报告方法是在监视装置上配置一个小巧的LCD。LCD价格低廉，用来监视单个设备时，可做得非常紧凑、易用。该嵌入式控制器可在多种显示模式间进行切换(电压均方根、电流均方根、功率、度数等等)，可使用一个或多个按钮控制切换。

　　如需监视多个设备，可建立中心站来记录来自各从站的数据。并可用廉价的模块实现不太理想的数据传输。该嵌入式控制器的ADC仅有20，000次/秒的采样速率，这种速率无法解调100kHz范围内的载波(这个频段被普遍用于电力线控制系统)，但是它们可以解调音频范围的载波。如果数据传送速率足够慢，比如约10bps，其可实现非常可靠的通信。主站可以是单独的装置，也可以通过微机的串口与其连接。后一种方案更具有吸引力，因为微机的存储量足够大，且能够完成比微控制器更复杂的任务。

　　早年，交通管理执法部门曾使用多普勒测速雷达，如此系统的造价能大大降低，其用途就不仅限于对付道路交通上的超速违规者。例如，普勒测速雷达可在前方车辆停车时提醒驾驶员。

　　系统分析

　　众所周知，多普勒雷达的工作原理比较简单。雷达装置发射一个连续的并且是已知频率的微波束，当微波束遇到移动目标后被反射回来。由于反射波的频率稍微高于或低于发射波的频率，所以把反射波和发射波混频后可以得到一个频率(称之为“拍音”)，其公式如下：

　　V=[v×(f0/c)]×COSθ

　　其中，v是待测目标的速度，f0是额定发射频率，θ是目标运动方向与雷达系统之间的夹角(如图4)，c是光速。值得一提的是，如果目标直接对着雷达系统而来，则θ=0，COSθ=1，目标的运动速度变为：

　　如果Ku波段多普勒雷达产生频率为lkHz的“拍音”，则测量的目标直面而来(或而去)的速度为12.4m/S(即每小时28英里或45公里)。其中可用该嵌入式控制器处理这种音频信号。

　　利用两个ADC通道中的一个，该嵌入式控制器能够采样雷达模块输出的差分信号，提取出其中的最强频率分量，并把它换算成每小时公里或英里数。此外，利用它的乘-加单元还可进行一些复杂的滤波运算，从复杂的信号中提取出最强的频率分量，并且可能从微弱信号中提取出有用信息(比如，多普勒雷达系统运载车辆本身的运动速度)。

　　很多情况下，用户接口的设计非常琐碎，常常是一些逻辑处理或者通过开关触发音频告警。有些应用中，微控制器还要周期性地记录速度，以及进行速度测量的时间和日期等。