航海系統中的雙傳感器航星計程儀測試系統

在航海系統中，采用計程儀連續測量運動(dòng)中船舶的速度并計算出船舶的累計航程。本文所設計的計程儀系統采用雙傳感器組合結構，并結合微處理機技術(shù)(選用了MCS-51系列單片機及與之配套的專(zhuān)用接口芯片)，組成了計程儀專(zhuān)用計算機系統。儀器結構簡(jiǎn)單，體積小，精度高，操作調整方便。它能方便地進(jìn)行數字通訊；根據實(shí)際需要，也能發(fā)送速度的模擬信息，接口靈活，適應了船舶控制與操作自動(dòng)化的需求。

1 計程儀硬件設計

該計程儀系統由主儀器、電磁傳感器、壓差式傳感器、船底閥、導壓桿、可由用戶(hù)擴充的分顯示器和一套開(kāi)關(guān)分配器等部分組成(圖1)。本系統的突出特點(diǎn)是采用了雙傳感器組合結構：分別利用電磁傳感器和壓差式傳感器(利用貝努利方程原理)來(lái)測量船舶與水之間的相對運動(dòng)速度，并由其計算與記錄船舶的航程。

1.1 技術(shù)性能

(1)測速范圍：-10節～+40節(量程更改可由程序設定)；(2)航速精度(測速場(chǎng)精度)：±0.20節；(3)航速發(fā)送形式：RS-485；(4)單次航程范圍：0～9999.99海里；(5)累計航程范圍：0～999999海里；(6)工作時(shí)間累計范圍：0～99999小時(shí)；(7)航程解算精度：±0.1％(負速度不計航程)。

1.2 主儀器工作原理

主儀器是一個(gè)以MCS-51單片微計算機為核心的專(zhuān)用微機系統，如圖2所示。它包括：直流電源裝置，鍵盤(pán)輸入與顯示裝置，及由CPU、EPROM、EEPROM及專(zhuān)用接口電路組成的單片機裝置。主儀器是計程儀的核心部分，其面板上裝有各種操作按鈕，用以控制整個(gè)儀器的運行，完成測速校正操作。

主儀器采用中斷方式實(shí)現雙傳感器的數據采集控制，其中定時(shí)器周期性地產(chǎn)生中斷信號申請中斷，中斷服務(wù)程序接收電磁傳感器和壓差傳感器輸出的電信號，然后A/D轉換裝置和I/F轉換器將它轉換成數字量后送至微機系統；按一定的計算公式進(jìn)行數椐處理，并按調整后的曲線(xiàn)進(jìn)行修正，以得到船舶的速度，再根據時(shí)間間隔的大小進(jìn)行數值積分來(lái)求得航程。計算機將求得的航速信息以適當的形式通過(guò)各相應的接口電路送到各用戶(hù)和分顯示器，完成航速航程的顯示。計算機系統中的EEPROM可以永久性地保存諸如累計航程、累計工作時(shí)間、速度調整參數等結果。

1.3 主要芯片及其系統功能簡(jiǎn)介

本系統中主要采用了AT89C55、ICL7109和AD652等芯片，簡(jiǎn)介如下：

1.3.1 AT89C55

AT89C55芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機。片內主要有20KFlash存儲器、256字節片內RAM，4個(gè)8位的雙向可尋址I/O口，1個(gè)全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行接口、3個(gè)16位的定時(shí)器/計數器、多個(gè)優(yōu)先級的嵌套中斷結構，以及一個(gè)片內振蕩器和時(shí)鐘電路。本系統中利用了AT89C55豐富的20K閃存資源永久保存測量中累計航程、累計工作時(shí)間等關(guān)鍵結果，并利用了其定時(shí)器計數器及中斷嵌套結構實(shí)現雙傳感器的數據采集。

在本系統中，T0、T1均工作在計數方式，T0產(chǎn)生1s計數中斷，T1完成壓差傳感器轉換的頻率計數。INT0被用于按鍵中斷處理，TXD串行發(fā)送計程儀的速度信息，波特率為4800。X1、X2外接8MHz的石英晶體。P1口各位分別完成發(fā)送顯示碼、測速/航行判斷等功能，P2口部分參與地址譯碼，同時(shí)P0口分時(shí)輸出數據/地址低8位。

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