海洋水文氣象綜合數(shù)據(jù)采集器的研制
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2 硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)
2．1 信號輸入接口設(shè)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MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換芯片MAX1168轉(zhuǎn)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)過壓保護(hù)電路和光電隔離電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)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(tǒng)和鍵盤／液晶顯示電路構(gòu)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(tǒng)型MCU，其精簡了指令集，大多數(shù)指令可以在一個時鐘周期內(nèi)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(zhuǎn)換峰值可達(dá)100 ksps)、64個I／O端口。為了方便野外安裝和設(shè)備測試，設(shè)計了鍵盤和液晶顯示模塊。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(shù)據(jù)線，其內(nèi)置字庫，可以輕松顯示中／英文文字、數(shù)字和簡單的圖片信息。
2．3 外擴存儲芯片選型
數(shù)據(jù)存儲時，每分鐘數(shù)據(jù)以一條記錄時形式存入文件。測量數(shù)據(jù)以ASCII字符存儲，各要素數(shù)據(jù)按照讀取配置文件時得到的要素順序排列，并在記錄前面加上采集時間。
系統(tǒng)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、讀寫速度快、外圍電路少等諸多優(yōu)點，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://m.butianyuan.cn/article/193844.htm
2. 4 時鐘芯片選型及看門狗電路設(shè)計
系統(tǒng)選用DS1305實時時鐘芯片，其通過SPI總線與C8051F120相連。采集器設(shè)置了看門狗電路，選用INTERSIL公司生產(chǎn)的X5043型看門狗芯片，其具有上電復(fù)位、高電壓復(fù)位功能，內(nèi)置可編程看門狗定時器、4Kbit3-WIRE接口非易失牲ERPROM。在采集器的工作過程中，如果MCU或外設(shè)失效，導(dǎo)致系統(tǒng)“死鎖”或者“跑飛”，看門狗定時器自動激活X5043的RESET引腳，停止MCU的工作，200ms后重新啟動單片機進(jìn)行工作。外部擴展存儲芯片、時鐘芯片、看門狗芯片均以SPI總線形式與單片機進(jìn)行通信，節(jié)省了單片機的管腳資源。
2．5 供電電路設(shè)計
采集器采用雙供電模式，即交流電源供電和太陽能電池供電。交流電源通過工業(yè)級AC／DC模塊LH10-10B09轉(zhuǎn)化為直流輸入，經(jīng)各種穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為各個模塊所需的供電電壓。12 V太陽能電池在交流電源掉電時為系統(tǒng)供電。系統(tǒng)采用B1203LS非線性變壓模塊，轉(zhuǎn)化效率高達(dá)80％、功耗低。經(jīng)測試B1203LS為采集器提供12V工作電壓時，電流僅為80mA，功率僅為0．96W。
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