海洋水文氣象綜合數據采集器的研制
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2 硬件電路設計與實(shí)現
2．1 信號輸入接口設計
RS232信號(如激光測距傳感器或溫鹽傳感器的輸出信號)經(jīng)過(guò)MAX232進(jìn)行電平轉化后，進(jìn)入外擴串口芯片ST16C554D，然后進(jìn)入MCU。模擬信號(如氣壓傳感器、濕溫傳感器或風(fēng)向傳感器的輸出信號)經(jīng)16位A／D轉換芯片MAX1168轉換之后進(jìn)入MCU。為防止高強度干擾損壞單片機，在信號進(jìn)入單片機之前經(jīng)過(guò)壓保護電路和光電隔離電路進(jìn)行電平轉換和隔離。
2．2 單片機選型
單片機核心控制模塊由C8051F120單片機最小系統和鍵盤(pán)／液晶顯示電路構成。C8051F系列單片機是Silicone Laboratories公司生產(chǎn)的低功耗混合信號片上系統型MCU，其精簡(jiǎn)了指令集，大多數指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內完成。C8051F120單片機具有100MIPS的處理峰值、128 kB的FLASH存儲器、8448B的RAM、可外接存儲器、具有12位A／D(轉換峰值可達100 ksps)、64個(gè)I／O端口。為了方便野外安裝和設備測試，設計了鍵盤(pán)和液晶顯示模塊。采集器選用OCM12864-8型液晶顯示模塊，其與單片機連接只需5根數據線(xiàn)，其內置字庫，可以輕松顯示中／英文文字、數字和簡(jiǎn)單的圖片信息。
2．3 外擴存儲芯片選型
數據存儲時(shí)，每分鐘數據以一條記錄時(shí)形式存入文件。測量數據以ASCII字符存儲，各要素數據按照讀取配置文件時(shí)得到的要素順序排列，并在記錄前面加上采集時(shí)間。
系統選用ATMEL公司生產(chǎn)的新型FLASH芯片AT45DB041D作為C8051F120的外部擴展存儲芯片，其采用8腳的SOIC封裝，具有容量大、讀寫(xiě)速度快、外圍電路少等諸多優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是該芯片可最低工作在2．5 V，工作電流僅為4 mA，功耗較小。AT45DB041D與C8051F120連接如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/193844.htm
2. 4 時(shí)鐘芯片選型及看門(mén)狗電路設計
系統選用DS1305實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其通過(guò)SPI總線(xiàn)與C8051F120相連。采集器設置了看門(mén)狗電路，選用INTERSIL公司生產(chǎn)的X5043型看門(mén)狗芯片，其具有上電復位、高電壓復位功能，內置可編程看門(mén)狗定時(shí)器、4Kbit3-WIRE接口非易失牲ERPROM。在采集器的工作過(guò)程中，如果MCU或外設失效，導致系統“死鎖”或者“跑飛”，看門(mén)狗定時(shí)器自動(dòng)激活X5043的RESET引腳，停止MCU的工作，200ms后重新啟動(dòng)單片機進(jìn)行工作。外部擴展存儲芯片、時(shí)鐘芯片、看門(mén)狗芯片均以SPI總線(xiàn)形式與單片機進(jìn)行通信，節省了單片機的管腳資源。
2．5 供電電路設計
采集器采用雙供電模式，即交流電源供電和太陽(yáng)能電池供電。交流電源通過(guò)工業(yè)級AC／DC模塊LH10-10B09轉化為直流輸入，經(jīng)各種穩壓芯片轉換為各個(gè)模塊所需的供電電壓。12 V太陽(yáng)能電池在交流電源掉電時(shí)為系統供電。系統采用B1203LS非線(xiàn)性變壓模塊，轉化效率高達80％、功耗低。經(jīng)測試B1203LS為采集器提供12V工作電壓時(shí)，電流僅為80mA，功率僅為0．96W。
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