摘要：  本文主要对应用嵌入式控制器作为电力系统监控与交通安全及其语音记录监控系统的新技术作分析说明。

关键字：  嵌入式控制器，多普勒雷达，采样速率

0 前言
如今设计者和厂商一直希望嵌入式控制器能够为电力监控与交通管理系统不断提供新的通用功能，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也不少，而应用以混合信号的嵌入式控制器作为实现这些系统功能的监控，这是达到节能与平安城市建设作出贡献的一种新型有效技术。为此本文将以对具有混合信号又有近似DSP功能的MAXQ系列嵌入式控制器（如3120型）为典例，将其在电力监控装置与交通安全管理（即在多普勒雷达系统）中的应用方案作分析说明。首先对嵌入式控制器的主要技术规范作简述。
1 关于嵌入式控制器的主要技术规范
如今，一类新的嵌入式控制器已经出现，它们在同一硅片上整合了高性能数据采集子系统和近似DSP功能及RSIC-CPU核，从而简化了模拟外部的接口。其图1就展示了现代嵌入式控制器（MAXQ系列）整合能力，并与传统的微控制器作出比较。
其MAXQ系列嵌入式控制器就是这种新一代c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，还集成了一组简化模拟接口的外设：
(1)一个16位、每秒8百万条指令(MIPS)及单周期RISC核；
(2)具有32Kd闪存（flash存储器）、512B RAM和独立波特率产生器的2个UART；
(3)一对16位Delta-Sigma( △∑ )ADC；
(4)一个能够以PWM模式工作的16位定时器；
(5)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PWM D/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。
2 嵌入式控制器在电力监控与交通安全方案中的应用
2.1 电力监视装置方案
2.1.1 问题的提出
电费为什么这么高？其中，与燃料价格无关的部分原因是越来越多的电器始终处于耗电状态。不要抱怨电冰箱，因为它的电源是间歇开关的，只有当电冰箱的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，多媒体设备中发出亮光的指示灯，告诉你它已被关闭，等待你的遥控命令来打开它。过去，“关掉”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等待模式，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。在当今的网上时代，人们离开时还让微机下载文件、收取邮件等等。它要花多少电费？
使用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，图2示出了本应用的设计方案示意图。
2.1.2 应用方案
MAXQ系列嵌入式控制器的两个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，以及如果需要的话还可提供该设备的功率因数。
如何报告呢？最简单、直接的方法是在监视装置上采用一个小巧的LCD。可以使用一个或多个按钮控制。该嵌入式控制器在多种显示模式间切换（电压均方根、电流均方根、功率、度数等等）。LCD价格极其低廉，用来监视单个设备时，可做的非常紧凑、易用。
如果要监视多个设备，可以建一个中心站来记录来自各从站的数据。可以用廉价的模块实现不太理想的数据传输速率。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，可以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。[#page#]
2.2 交通安全——在多普勒雷达系统中的应用(见图3(a)所示)
早年， 交通管理执法部门曾使用多普勒测速雷达，如果这种雷达系统的造价能够大大降低，那它的用途就不仅仅限于对付那些道路交通上的超速违规者。例如，多普勒测速雷达可在前方车辆停车时提醒驾驶员。那现该嵌入式控制器在多普勒雷达系统中能发挥哪些作用呢?
2.2.1 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频率（称之为“拍音”），其公式由下式确定：
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3(b)所示），c是光速。注意，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：
V=[v·(f0/c)]
例如，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）。可用该嵌入式控制器处理这种音频信号（见图3(a)所示）。
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最强的频率分量，并且可能从微弱信号中提取有用信息（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。
2.2.2 MAXQ型嵌入式控制器在多普勒雷达系统应用中的独到之处
对于更复杂一些的测量分析系统，还需要开发一些有关信号处理的算法。而MAXQ嵌入式控制器有许多现成的可用于辅助开发滤波算法和识别算法的优秀工具。
如有些雷达系统需要指示目标的运动方向，即目标是远离还是靠近雷达运动？传统的多普勒雷达不能完成这项工作；它们对速度一样而方向相反的运动产生相同的频移量。现在，有些厂家生产的雷达模块包含两路正交输出，解调这两路输出，根据它们的相位差雷达系统便可以确定目标的运动方向。MAXQ3120有两个ADC，用它可以很容易地实现这种功能。
3 语音记录监控系统
3.1 设计思想
通常，用微控制器加一片模数转换器(ADC)，就可用它来记录语音。但对MAXQ3嵌入式控制器而言，除了简单的记录声音外，还能够做很多事情，即以控制器为核心，配合用户接口元件和廉价的NAND闪存，就可构建一个功能完善的语音记录监控系统，也可成为电力系统监控与交通安全中语音记录子系统。
由于嵌入式控制器是用于高级语音记录系统的理想微控制器。在利用它设计语音记录监控系统时，设计者仅需要完成下列工作：
设计用户接口：选择一款LCD，确定如何显示信息、设置按钮功能、如何记录和组织语音数据。
选择声码器：可以选用以上提到的两个ITU编码器之一，也可以选用其他的专用编码器，在存储器容量足够大时还可以直接存储语音信号的原始采样值。许多标准编码器的C语言源代码是可以买到的，因此只需要简单地开发接口程序。
选择存储介质：NAND闪存是理想的选择，但也可以根据实际情况选择其他的存储器，例如，廉价的通用可移动存储器（SD、SmartMedia或MMC存储卡）。有些厂商还可提供存储卡接口的C语言源代码和开发工具。