专利名称：船用数据仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种船用数据仪，属于海洋海水温度、盐度监测记录技术领域。
本实用新型的船用数据仪由CPU、存储器、温度传感器及其与CPU相连的A/D转换器电路、盐度传感器及其与CPU相连的串行接口电路、GPS及其与CPU相连的串行接口电路、键盘、打印机、液晶显示器、及其键盘、打印机、液晶显示器与CPU相连的并行接口电路、转发器及电源模块组成，利用温度传感器和盐度传感器采集测量船所在海域的温度、盐度数据，利用GPS采集测量船所在海域的地理位置、并记录时间数据，利用键盘将船上的其他数据(如鱼获量)录入数据仪，CPU在主控程序的支持下控制数据仪工作，将采集的数据进行处理、存储、显示、打印，并由转发器传送给数据中心。
本实用新型船用数据仪能够采集各海域，特别是远洋海域的温度、盐度、鱼获量、地理位置、时间的多参数，并能直接转发给数据采集中心。本实用新型船用数据仪体积小、自动化程度高。
CPU1选用INTEL公司16位单片机80C196，使用的晶振频率为8MHZ，地址和数据总线均为16位总线。
存储器2片外RAM使用的是带内置电池的62256(32K*8)SRAM，也可选用2片62256扩展出16位总线，一片为偶地址(低地址)，另一片为奇地址(高地址)，两片RAM通过80C196的WEH\和WEL\来区分，RAM地址总线的最低位接80C196锁存后的地址总线的倒数第二位。RAM空间的分配在软件部分实现。芯片内部有内置锂电池，在数据仪掉电的情况下能够保证10年数据不丢失。
存储器2片外EPROM使用的是27C256(32K*8)EPROM，连线方法基本与RAM的连接方法相同，所不同的是，不用通过WEH\和WEL\来区分。调试好的程序通过编程器写入EPROM，芯片中的内容可以通过紫外线擦除。
液晶显示器13选用的是12864的液晶模块，使用的控制器是6963C，其背光是LED背光，液晶模块使用并行接口电路14。
在温度测量中，温度传感器3直接选用市售的温度传感器，通过A/D转换器4，采集海水温度。A/D转换器4选用AD7713(24位的A/D转换芯片)将模拟信号转换为数字信号，精度可保持在0.1℃。AD7713采用的是串行通讯方式，精度高，可以同时处理两路的模数转换。其内部自带恒流源，可以自己提供参考电压，在外部接上精密电阻后，可将电流信号转换成电压信号进行测量。
盐度传感器5是通过电导率来进行盐度测量的，传感器内部有测量单元和A/D转换单元，将测量结果通过485串行接口进行串行传输，传输的波特率为9600bps，数据仪电路板中负责485电平转换的芯片是MAX1480，内部有电气隔离，可以防止干扰信号的串入。数据仪通过串口与盐度传感器通讯。
GPS7有两种连接方式，一种是内置，另一种是外置，外置GPS是指利用数据采集船本身配有的GPS。外置GPS主要选用具有NMEA 183数据格式输出的型号(这种数据格式中有$GPRMC数据行)。但由于船上GPS型号不统一，本实用新型的船用数据仪采用内置GPS，内置GPS为GPS25LP OEM板，其输出格式可以通过软件进行设置，使用非常方便。内外GPS通过切换接口实现。2种GPS的通讯方式均是RS232串口通讯，波特率为4800bps。硬件上是通过8251H串口与80C196通讯。上述所有芯片也可使用其他型号功能相同的芯片代换。
转发器是将船用数据仪采集数据处理后将处理结果传送给母船或陆地数据中心的装置，本实用新型的船用数据仪中的转发器是利用船上的短波电台实现的，CPU1处理的数据经调制解调器9传送给短波电台向母船或陆上基地转发；除此之外，还可借助海事卫星通讯。为此，本实用新型的船用数据仪中串行接口电路10带切换电路，实现短波电台通讯与海事卫星通讯的切换。在短波电台受到干扰，无法正常进行数据通讯的情况下，为采集船提供海事卫星通讯的手段。转发器的调制解调器9及海事卫星通讯与CPU1相连的串行接口电路10连接方法与GPS类似，通过74HC244来选择短波电台通讯还是海事卫星通讯，通讯的波特率可以通过数据仪的参数设置项来选择。
打印机12选用TP16微型打印机，使用的接口为并行接口电路14。
本实用新型的船用数据仪电源模块15可采用直流24V或交流220V供电系统，数据仪内部用5V继电器进行24V和220V电源自动切换，当24V和220V同时通电时，继电器会将电路接通到220V供电。220V一5V的AC/DC模块能够处理直流220V-5V的电压转换。为了防止电源模块对电路板和其他设备的干扰，在电源模块的外部封闭一个屏蔽层。
输入键盘11使用4*5的小键盘。
译码电路译码电路采用GAL16V8可编程逻辑器件实现，使用PLD编程，在通过烧写器写入GAL，完成译码功能。
复位电路复位电路采用MAX196复位芯片，主要实现芯片的可靠复位、RAM掉电保护、数据仪手动复位和看门狗监视电路。196通过监视电源电压，保护RAM不会写入无效数据，通过看门狗电路来监视程序的运行情况，防止程序跑飞。
本实用新型的船用数据仪在软件的支持下完成数据采集海域的温度、盐度、地理位置、时间等参数，工作时利用温度传感器3和盐度传感器5采集测量船所在海域的温度、盐度数据，利用GPS7采集测量船所在海域的地理位置、并记录时间数据，利用输入键盘11将船上的其他数据(如鱼获量)录入数据仪，CPU1在主控程序的支持下控制数据仪工作，将采集的数据进行处理，存入存储器2，打印机12和液晶显示器13打印、显示结果，并经转发器的调制解调器9传送给母船或陆地数据中心。
图4给出了船用数据仪主程序流程图。
本实用新型船用数据仪软件包括芯片初始化部分、液晶模块显示部分、数据采集部分、数据存储部分、数据传输部分和键盘处理部分。软件功能如下1.显示温度、盐度、时间、位置、日期等信息。
2.精确的测量海水的温度、盐度。
3.每天采集48个位置信息(每半小时采集一次，000、030…)4.每天采集4次温度、盐度数据(北京时间200、800、1400、2000)。
5.温度精确到0.2℃，盐度精确到0.5。
6.可以存储8天数据。
7.每天可以输入7条鱼获量信息。
8.可以通过短波电台或海事卫星与母船通讯。
9.打印一天的数据。软件结构第一，初始化部分主要是设置芯片的工作方式和工作参数，确保芯片稳定正常工作。
第二，液晶显示部分，主要是将采集到的温盐数据和GPS数据通过液晶显示出来，显示的内容有温度、盐度、时间、日期、经度和纬度。其次，液晶还提供给用户一个菜单操作界面，用户可以根据现场要求设置数据仪的工作状态和录入鱼获量信息。
第三，数据采集部分，数据采集部分主要包括温度采集、盐度采集和GPS数据采集。盐度采集是通过485串行通讯方式与盐度传感器进行数据通讯，读取温度值和盐度值，串行通讯的波特率为9600bps。温度采集是通过A/D芯片AD7713将温度传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，在通过软件算法转换为温度值，其通讯方式也为串行通讯。GPS数据采集是数据仪按照232串行通讯方式接收GPS发送的ASCII数据，通讯波特率为4800bps。
第四，数据存储部分，数据存储是将数据仪采集到的温度数据、盐度数据位置信息和鱼获量按日期的顺序存入外置RAM单元，一共可以存储8天数据每天数据会进行刷新，信息采集船可以通过短波通讯和海事卫星通讯方式将这8天数据发送给信息转发船。为了保证存储的信息安全可靠，每天的数据都分别存在RAM中的3个不同的区域，软件中经常进行冗余校验，以防止数据区被干扰。
第五，数据发送部分，通过标准的232串口进行串行通讯，软件主要是控制数据仪和短波MODEM的数据传输。数据传输协议是母船先发送呼叫信息，被呼叫的子船收到后，发送应答数据，握手信号完成后，母船再发送数据请求包，子船按照呼叫包的要求发送数据包。
第六，键盘处理部分，主要是要实现参数设置、鱼获量输入。鱼获量输入允许用户每天输入7天的鱼获量数据，以备日后查询使用。
为确保本实用新型的船用数据仪的可靠性对硬件和软件都采取了抗干扰措施。
硬件抗干扰措施本实用新型的船用数据仪具有更好的抗干扰性和更标准的外观结构，解决了电磁屏蔽和电源切换问题。电磁屏蔽主要是为了防止数据仪中的高压单元和高频部分影响自身和船上其它用电设备的正常工作。其措施是在电源模块15外部加一个屏蔽罩，减小电源部分对主板的干扰；在整个的数据仪外部也加一个屏蔽罩，减小数据仪对外部用电器的电磁干扰(主要是短波电台)。电源切换是为了保证数据仪在船上没有交流220V电源供电而只有直流24V电源供电的情况下正常工作而设计的。可以增强数据仪的适应能力。除此之外为了防止潮湿环境对数据仪的影响，数据仪的外壳均用钢制材料，电路板进行三防处理。
软件抗干扰措施由于船上工作环境干扰严重，有线和无线的电磁噪声很容易干扰数据仪的正常工作和数据存储。首先，由于船上的电源插座大部分使用的是同一条线路，其它用电设备在工作时可能会将噪声通过地线串入数据仪中，影响数据仪的正常工作。其次，船上有许多大功率设备，例如短波电台，这样干扰可能会通过空间直接影响数据仪。干扰所带来的后果，第一，影响CPU内部寄存器单元，影响标志位或标志寄存器，使程序由于错误判断而失控。第二，影响关键芯片的控制字和状态，使芯片不能正常工作。第三，干扰程序指令的读取，使程序失控。第四，在通讯时加入噪声，使通讯不能正常进行。第五，干扰片外RAM数据区中的内容。现场主要表现为短波电台在通话时影响数据仪液晶屏幕的正常显示和数据通讯，数据发送时间断性的发送，多次接收的数据不相同。基于以上的干扰问题，在软件中主要做了以下几项抗干扰措施1.在程序中多处加入冗余指令，防止程序跑飞。
2.多次对芯片进行初始化设置，防止关键芯片非正常工作。
3.将要存储的数据保存在片外RAM中三个不同的单元，在程序中多次比较三块数据区中的内容，对错误的数据进行修改。
4.加入看门狗电路，在程序中时时对其进行监视，防止程序跑飞。
5.在片外ROM未使用的空间中写入陷阱程序，防止程序跑飞。
通过结合硬件中的防干扰措施，数据仪的抗干扰性将会大大提高。
权利要求1.一种船用数据仪，其特征是由CPU(1)、存储器(2)、温度传感器(3)及其与CPU(1)相连的A/D转换器(4)、盐度传感器(5)及其与CPU(1)相连的串行接口电路(6)、GPS(7)及其与CPU(1)相连的串行接口电路(8)、转发器的调制解调器(9)及其与CPU(1)相连的串行接口电路(10)、键盘(11)、打印机(12)、液晶显示器(13)、及与CPU(1)相连的并行接口电路(14)、和电源模块(15)组成，CPU(1)、A/D转换器(4)、串行接口电路(6)、串行接口电路(8)、串行接口电路(10)、并行接口电路(14)、及电源模块(15)组装在仪器箱(16)内的电路板(17)上，键盘(11)、打印机(12)、液晶显示器(13)安装在仪器箱(16)壳体面板。
2.根据权利要求1所述的船用数据仪，其特征是所述的串行接口电路(8)带内置GPS和外置GPS的切换电路。
3.根据权利要求1所述的船用数据仪，其特征是所述的串行接口电路(10)带短波电台或海事卫星通讯的切换电路。
专利摘要一种用于监测记录海洋海水温度、盐度、监测海域位置、监测时间的船用数据仪，由CPU、存储器、温度传感器及其与CPU相连的A/D转换器电路、盐度传感器及其与CPU相连的串行接口电路、GPS及其与CPU相连的串行接口电路、键盘、打印机、液晶显示器、及其与CPU相连的并行接口电路、转发器及电源模块组成，利用温度传感器和盐度传感器采集测量船所在海域的温度、盐度数据，利用GPS采集测量船所在海域的地理位置、并记录时间数据，利用输入键盘将船上的其他数据(如鱼获量)录入数据仪，CPU在主控程序的支持下控制数据仪工作，将采集的数据进行处理、存储、显示、打印，并由转发器传送给数据中心。
文档编号G01D21/02GK2536996SQ0223307
公开日2003年2月19日 申请日期2002年4月23日 优先权日2002年4月23日
发明者吴小波, 陆公良 申请人:北京二十一世纪科技发展有限公司