第1章绪论
A1104E 使用BiCMOS技术,具有响应快、工作噪音低、运行稳定可靠等优点,因此被广泛地应用于测量仪器领域。生产此器件时在封装完成后再对其进行编程,如此可有效消除由封装应力而引起的误差,从而保证其具有更高的开关点精确度。独特的封装几何尺寸和低偏移放大器都有益于噪音的减少,还可以降低因器件超模压、温度骤变和热应力而引起的残余电压偏移。在单硅片霍尔器件中一般包含下列元件:霍尔电压发生器、稳压器、NMOS输出晶体管、小信号放大器和施米特触发器。霍尔器件中的集成稳压器的工作电压区间为3.8 伏特至24 伏特。扩展板载保护电路的设计保证使其绝对最大电压额定值±30 伏特成为可能。BICMOS 工艺使其几何尺寸小巧而精致,保证这些霍尔器件均能以超小型的封装形式呈现,使现有的封装类型为大多数应用提供磁性最优化的解决方案。封装LH 是SOT23W 微型低厚度表面安装型封装,而封装UA 是供过孔安装使用的三引脚超小型SIP。A1104E 霍尔元件所有封装均不含铅,引脚框采用100%雾锡电镀。为使系统能正常稳定的工作,硬件电路中需要提供一个比较精确的时钟,给需要处理的数据和命令提供准确的时间参考。PCF8563(如图4-19)便是PHILIPS公司生产的一款工业级低功耗的多功能时钟/日历芯片,内含I2C 总线接口。PCF8563 具有多种报警功能、时钟输出功能、定时器功能和中断输出功能,可完成不同复杂的定时任务,甚至可以给单片机提供看门狗。但是PCF8563 在掉电后其内部设定的信息不能保留,因此在硬件电路中必须增加一个3V 的纽扣电池为其提供备用电源。本文的设计中用到了PCF8563 的时钟输出功能,通过第3 引脚的外部中断响应来控制时钟的刷新。系统整机主要由水下探测器、水上接收器和数据处理回放软件三部分组成。水下探测器把测到的流速和流向信号经过数据采集中枢的简单处理后,通过高强度特制海电缆(可承重100kg)传输到便携手持式水上接收器中的单片机控制中枢里,单片机控制中枢再把测得的数据分类处理,经过计算就可把测得的数值显示在LCD液晶显示器上,同时数据存放在控制中枢的存储器上,待需要时可随时调取;单片机控制中枢也配有接口电路,具体表现就是水上接收器上留有与上位机连接的接口(RS232或RS485),上位机可安装专用的上位机数据处理软件,把水下探测器所测的数据在上位机上进行各种复杂的比较处理,以得到我们所想要的结果。
由于计算机技术和电子技术的快速发展,流速测量装置正在向智能化、自动化、大存储、走航式和便携式的方向发展。尽管国内测流仪器的发展速度很快,且不同种类的产品百花齐放,但与当前国际上同类产品相比,还存在一定的差距,这种差距包括技术上的和质量上的。主要表现在部分国内测流装置的系统组成复杂、体积较大、测量方式单一,而且测量精度及准确度不高;部分测流装置本身却不提供数据保存功能,即使有存储功能,也只能存少量数据,不能满足用户对产品使用的要求。基于以上原因及不足本文旨在研究一款高精度、高稳定性、体积小、便携式的机电一体化新型旋转式海流计。本文的主要研究内容有以下几个方面:第一章绪论部分,阐述了本文的研究背景及意义,并介绍了国内外了研究动态。第二章系统总体设计部分,介绍机电一体化新型旋转式海流计的设计原理及系统总体的设计思想,并对系统的动态特性进行简要的分析。第三章系统机械结构设计部分,分别介绍系统由哪些部件构成、工作流程及其作用等。第四章系统硬件电路设计部分,详细阐述水下探测器和水上接收机中硬件电路的设计方法,给出具体的电气原理图。第五章系统软件设计部分,介绍水下探测器和水上接收机中软件的设计思路,并给出主要的源程序。第六章简要介绍系统的标定方法,并对其进行对比试验验证。
第3章理系统机械结构设计……………………..18
3.1水下探测器结构设计………………18
3.2水上接收机设计………………19
3.3 FCT 算法………………25
3.4本章小结………………26
第4 章系统硬件电路设计……………………………………………………………17
4.1 水下探测器的硬件电路设计…………………………………………………17
4.1.1 霍尔元件…………………………………………………………………18
4.1.2 电子罗盘…………………………………………………………………19
4.1.3 ATxmega 单片机简介……………………………………………………26
4.1.4 ATxmega 单片机外围电路设计…………………………………………28
4.1.5 霍尔元件A1104E 接口电路……………………………………………29
4.1.6 方位传感器接口电路……………………………………………………30
4.2 水上接收机电路设计…………………………………………………………32
4.2.1 ATxmega 单片机外围电路………………………………………………33
4.2.2 日历时钟电路……………………………………………………………34
4.2.3 存储电路…………………………………………………………………35
4.2.4 通讯RS-232 电路…………………………………………………………36
4.2.5 霍尔元件A1104E 接口电路……………………………………………38
第5 章系统软件设计…………………………………………………………………40
5.1 水下探测器软件设计…………………………………………………………40
5.2 水上接收机软件设计…………………………………………………………43
5.3 上位机数据处理软件设计……………………………………………………52
结论
系统硬件电路部分整体应用双CPU架构,实现系统工作的稳定可靠。水下采集部分由单独的ATxmega单片机来实现,响应速度快,采集信号的频率快;水上数据处理部分也为单独的ATxmega 单片机来实现,保证数据处理的及时性。两CPU之间通过RS485的方式来进行通讯,减少数据传输所需电缆的芯数。结合硬件电路,用C语言分别完成了对水下数据采集和水上数据处理两部分的软件设计工作,并分别给出了部分源程序代码。本文所设计开发的旋转式海流计可供测量各种水域中不同水层的流速和流向,包括江河湖泊、海洋、水库、港湾、河口等,尤其是在超浅水域中使用。它还可以把水下探测器固定在浮体上,使其漂离船体来测量表层的流速和流向。目前国内该类产品比较少,可以直接应用在现场测量的产品更少,通过市场考察及各方面的信息搜集,得知该类产品市面上供不应求。预估产值会达到百万以上。由于市场应用前景可观,使用范围广泛,加上其造价成本较低,携带测量方便等优点,因此拥有很大的市场需求和很高的市场推广价值。
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