0 引言
隨著工業(yè)和國防技術的發(fā)展,，潛水設備在各種應用尤其在軍事應用上，對探測技術的高,、精,、尖的要求越來越高。在各種潛水設備的技術發(fā)展中,，具有重要意義的潛水器充分的體現(xiàn)了這一點,，為了提高潛水器的深潛能力，潛水器都配備有綜合導航顯示控制系統(tǒng),，確保潛水器能夠精確的潛航,，順利完成各種水底作業(yè)任務。由于潛水器的體積和載荷的限制,，綜合導航顯示控制系統(tǒng)使用的傳感器必須體積小,、重量輕、耐高壓,，并且在功能上要能快速,、準確地獲得潛水器的航行參數(shù)。在測量海水的溫度,、電導率,、壓力、深度、鹽度,、聲速,、密度等狀態(tài)參數(shù)方面，SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器能將上述海水的七種狀態(tài)參數(shù)測量于一體,，而且在精度,、體積、重量上都能很好地滿足系統(tǒng)設計的要求,，是一種非常適合用于潛水器上的傳感器,。下面就有關SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在潛水器中的數(shù)據(jù)采集過程進行探討，對其中的傳輸格式不對應,，不便于直接傳輸,，提出一種可行的設計方案和思路，并給出一個已經(jīng)得到應用的實例進行說明,。
1 SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在潛水器中的應用
潛水器的綜合導航顯示控制系統(tǒng)主要是應用組合導航技術和信息融合技術把各個導航設備有機地組合起來,，在不改變各導航設備的情況下，采用濾波技術,，對各種導航信息進行處理,，實現(xiàn)各種導航信息互相取長補短，提高導航定位精度;通過對導航信息進行集中顯示,，集中控制和綜合處理,，可以實現(xiàn)最大限度發(fā)揮每一個導航信息的作用，實時向使用設備提供全面的,、最佳的導航信息,。溫鹽深傳感器的作用是實時地測量海水的各個狀態(tài)參數(shù)，如溫度,、電導率,、壓力、深度,、鹽度,、聲速、密度,，發(fā)送到綜合導航顯示控制系統(tǒng),，然后顯示出來或者供其他設備使用。為了確保潛水器航行安全和打撈搜救任務的完成,，潛水器上的傳感器的測量必須滿足航行的要求;數(shù)據(jù)的刷新率必須滿足潛水器的要求;所測量得到的數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定可靠,。SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在這些方面的性能都能達到，滿足導航系統(tǒng)的要求,。
圖1 SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器
SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器目前在國外大多在潛水器和潛艇中使用,，在國內(nèi)還很少應用,。如圖1所示，其外形尺寸為長43.69cm,，最大高度為13.97cm,，最大寬度為10.8cm，重量約2.9kg,。SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的測量準確度非常高,，例如溫度范圍在-5到30°C，精確度達到 0.0001°C,，能在水深7000米的高壓情況下也能測出所需要的精確的導航信息,。SBE 37-SI MicroCAT與其它設備主要根據(jù)NMEA-0183標準來進行串口異步通信，交換數(shù)據(jù),，雙向傳輸,。它的外部接口是EIA RS-232，傳輸波特率可選擇,，范圍由1200bit/s到38400bit/s,。發(fā)送的字符碼制為ASCII碼，測量數(shù)據(jù)的傳輸?shù)乃俾室部捎奢敵龅膮?shù)選定,，每次測量數(shù)據(jù)輸出的時間間隔范圍由1.15秒到22.19秒,。
2 SBE 37-SI MicroCAT接口電路的設計
SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的輸出數(shù)據(jù)格式與一般導航設備的常用格式，例如GPS的數(shù)據(jù)格式：$PASHR,POS,n,……,tt.t,，vvvv＊cc[CR][LF],它包含起始符$，數(shù)據(jù)內(nèi)容,，代碼和標志＊,代碼和cc,數(shù)據(jù)終結符[CR][LF],。而SBE 37-SI MicroCAT的輸出數(shù)據(jù)格式?jīng)]有起始符、代碼和標志以及代碼和,。它還有一個很大的特點：SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的輸出有電平保護作用,，當它停電后重新通電啟動，輸出電平為零,，不會自主的向外發(fā)送測量數(shù)據(jù),，必須給它發(fā)一個激發(fā)信號（數(shù)據(jù)發(fā)送命令）才能觸發(fā)它。它的觸發(fā)信號是兩個回車換行字節(jié)（即0x0D,、0x0A）,，但不能連續(xù)發(fā)，必須要分兩次間隔兩秒發(fā)出,，這樣才能將傳感器觸發(fā),，按照設定的格式和速率往外發(fā)送數(shù)據(jù)。
為了使溫鹽深傳感器輸出的數(shù)據(jù)格式與常用導航設備的數(shù)據(jù)格式保持一致,，必須要設計一個數(shù)據(jù)格式轉換接口電路,，它需要完成的工作有：首先獲得外部指令或自產(chǎn)生一個觸發(fā)命令發(fā)給傳感器,，觸發(fā)傳感器;然后接收外部指令改變SBE 37-SI MicroCAT輸出數(shù)據(jù)的波特率，傳輸數(shù)據(jù)的更新速率;并接收來自它的數(shù)據(jù),，加上起始符,、代碼和標志以及代碼和;如果數(shù)據(jù)中有空格，則將空格置換成零;最后將數(shù)據(jù)輸出給綜合導航顯示控制臺,。這樣,，數(shù)據(jù)格式轉換接口電路一方面要處理控制指令的中斷和實現(xiàn)改變傳感器的波特率和數(shù)據(jù)更新速率，另一方面還要和傳感器進行串行數(shù)據(jù)通信,。
3 實際應用舉例
由于SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器所提供的RS232數(shù)據(jù)格式與常用的導航設備數(shù)據(jù)格式不同,，不能直接與潛水器綜合導航顯示控制臺系統(tǒng)現(xiàn)連接進行數(shù)據(jù)交換。為了方便通信,，本文作者在實際的工程應用中設計了一個數(shù)據(jù)格式轉換電路板,，電路的結構如圖2所示。
圖2 SBE 37-SI MicroCAT數(shù)據(jù)格式轉換電路板的設計
在圖2中,，通信控制單片機一方面負責接收數(shù)據(jù),，將接收到表達海水的狀態(tài)參數(shù)的ASCII字符轉換成數(shù)字類型，對該數(shù)字類型進行判斷正負,，把相應的空格置換成零,，再轉換為ASCII字符類型，添加上起始符$以及每個數(shù)據(jù)的頭字母（即T,、C,、P、D,、S,、V、R）,，算出$以后所有字符的代碼和,，然后將代碼和標志及代碼和、回車符,、換行符加上,，最后通過RS232輸出到綜導顯控臺。另一方面,，接收來自綜導顯控臺的命令,，然后發(fā)送給SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器，對傳感器的響應完完全全地返回給綜導顯控臺,。因此綜導顯控臺可以隨時改變溫鹽深傳感器的輸出數(shù)據(jù),、數(shù)據(jù)輸出的間隔時間以及他的狀態(tài)，又可以接收到通用格式的數(shù)據(jù),。
本實例的硬件使用的是常用可靠的AT89C51單片機,，AT89C51單片機是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓,，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造,，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容,。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案,。
由于程序設計相對簡單，為了提高開發(fā)效率,，不采用高級語言編寫程序,，而是直接選擇匯編語言編寫程序。在可靠性需求高的環(huán)境,，串口RS232的編程只使用發(fā)送,、接收和地線等三個信號線，這樣可以確保數(shù)據(jù)可以在任何時候都可以發(fā)送和接收,，提高可靠性,。
如圖3所示的電路，是設計完成并在實際中使用的SBE 37-SI MicroCAT數(shù)據(jù)格式轉換電路,。電路設計精巧,，面積小，安裝方便,，信號線拔插易用,。
SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在空氣中測量直接出來的數(shù)據(jù)格式（如果數(shù)據(jù)為負則多加一位）：
xxx.xxxx,xx.xxxxx,xxxx.xxx,xxxx.xxx,xxxx.xxxx,xxxxx.xxx,xxx.xxxx[CR][LF]
24.7798, 0.00068, -0.310, -0.307, 0.0130, 1496.123, -2.8873[CR][LF]
接口電路接收傳感器（有三個負值）來的數(shù)據(jù)接口所輸出的數(shù)據(jù)（將空格置換為零）：
$Txxx.xxxx,Cxx.xxxxx,Pxxxx.xxx,Dxxxx.xxx,Sxxxx.xxxx,Vxxxxx.xxx,Rxxx.xxxx＊cc[CR][LF]
$T024.7798,C00.00068,P-0000.310,D-0000.307,S0000.0130,V01496.123,R-002.8873＊66[CR][LF]
圖3 SBE 37-SI MicroCAT格式轉換電路板
4 結束語
本文作者創(chuàng)新點：SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的性能、體積,、質(zhì)量和可靠性都能滿足潛水器中綜導顯控臺系統(tǒng)的設計要求,，能精確測量潛水器所需海水的溫度、電導率,、壓力、深度,、鹽度,、聲速、密度等狀態(tài)參數(shù),。由于其輸出的數(shù)據(jù)格式與導航設備的常用格式不同,，無法直接相接，因此必須在其接口上另接一個數(shù)據(jù)格式轉換電路,，才可以得到常規(guī)的數(shù)據(jù)輸出格式,，以便更快地開發(fā)出通信與數(shù)據(jù)采集軟件，通過人機界面完成對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制與通信,。本文介紹的實例系統(tǒng)的軟硬件的實現(xiàn)方法比較簡單,，可靠性高,，具有廣泛的實用性。