導(dǎo)語(yǔ)：海流計(jì)電路設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

水上接收部分主要有主控模塊、電源管理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)管理模塊4部分組成，水上接收部分的主控芯片為意法半導(dǎo)體公司的低功耗MCU（STM32F103VE），通過(guò)3.2寸觸摸顯示屏上的鋰離子電池充電開(kāi)關(guān)命令，控制鋰離子電池充電并將充電狀態(tài)回顯到顯示屏上，觸摸無(wú)線傳輸開(kāi)關(guān)命令，控制無(wú)線傳輸命令控制數(shù)據(jù)傳輸并將數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)顯示到顯示屏上，觸摸采樣間隔設(shè)置命令，設(shè)置水下探測(cè)器的采樣時(shí)間。

2硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)分為水下和水上兩部分。水下和水上都是以STM32F103VE芯片為核心，通過(guò)各自外圍電路以實(shí)現(xiàn)各自功能。STM32系列是專(zhuān)門(mén)為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的ARMCortex內(nèi)核，本設(shè)計(jì)所用芯片主頻為72MHz,從閃存執(zhí)行代碼，功耗27mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品之一，相當(dāng)于0.375mA/MHz。

2.1水下電路設(shè)計(jì)

水下部分電路主要有主控電路、流速測(cè)量電路、姿態(tài)解算電路、鋰離子電池充放電及其保護(hù)電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及傳輸電路，壓力、溫度采集電路5部分組成。

2.1.1流速測(cè)量

流速是本設(shè)計(jì)最重要數(shù)據(jù)，因此本設(shè)計(jì)選用低功耗、高溫度穩(wěn)定性霍爾器件A1220作為機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器。A1220內(nèi)部集成動(dòng)態(tài)補(bǔ)償電路，低通濾波電路，施密特觸發(fā)器，電壓比較器等，我們可以看到霍爾器件輸出為規(guī)則方波，因此我們可直接由STM芯片采集這些方波信號(hào)就能達(dá)到我們的需求。

2.1.2姿態(tài)解算電路

本設(shè)計(jì)采用InvenSense公司的整合性6軸（3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)）運(yùn)動(dòng)處理組件MPU-6050和Honeywell公司的3軸數(shù)字羅盤(pán)HMC5883L來(lái)采集探測(cè)器角加速度W、線加速度A、磁場(chǎng)強(qiáng)度Η，用四元數(shù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，計(jì)算探測(cè)器姿態(tài)角。

2.1.3電源電路

電源作為海流計(jì)運(yùn)行的動(dòng)力，其電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣不僅決定設(shè)備能否正常運(yùn)行而且還決定了設(shè)備是否安全運(yùn)行。本設(shè)計(jì)采用摩米士三星GalaxyNote3高容量鋰離子電池作為電源，采用LINEAR公司的可編程充電電流的單節(jié)鋰離子充電管理芯片LTC4054，自動(dòng)檢測(cè)鋰離子電池電壓及充電電流變化使鋰離子電池充電過(guò)程自動(dòng)在涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電終止這四個(gè)充電過(guò)程切換，避免了處理器的參與，減少處理器的負(fù)擔(dān)；采用TexasInstruments公司的單節(jié)鋰離子電池電量檢測(cè)和保護(hù)芯片BQ28Z560-R1，該芯片使用德州儀器ImpedanceTrackTM精確電量計(jì)算算法來(lái)報(bào)告電池狀態(tài)，同時(shí)提供續(xù)航時(shí)間（分鐘），充電所需時(shí)間（分鐘）、電池電壓和電池溫度等信息,此外該芯片還提供短路、過(guò)流充電和放電、過(guò)度充電和放電保護(hù)功能；采用LINEAR公司的寬輸入電壓同步降壓-升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，該芯片可由動(dòng)態(tài)輸入電壓（1.8~5.5V）獲得穩(wěn)壓輸出，特別適合于鋰離子電池放電特點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)先升壓再降壓的電路設(shè)計(jì)，降低了功耗。

2.1.4壓力、溫度采集電路設(shè)計(jì)

探測(cè)器所處的深度及該深度下的溫度同樣是海流計(jì)所需的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)采用MeasurementSpeclalties公司的工作深度0~3000m，高精度壓力傳感器89-03KA-4R，為了降低功耗每隔一段時(shí)間T單片機(jī)置位一次，BOOST管腳STM32采集Li_PRESSURE管腳上電壓，經(jīng)轉(zhuǎn)化得到深度H。溫度傳感器采用pt100經(jīng)24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7714轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，STM32采集數(shù)字信號(hào)，再轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)。為了提高精度，本設(shè)計(jì)采用高性能穩(wěn)壓芯片壓力提供參考電壓，采用耦合電路避免處理器數(shù)字信號(hào)干擾。壓力采集電路如圖7所示。

2.2水上電路設(shè)計(jì)

水上電路主要有主控電路、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路、無(wú)線充電電路、顯示觸摸電路4部分組成。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路采用GFSK單片式收發(fā)芯片NRF24L01。水上和水下電路各連接一塊NRF24L01模塊，將水下探測(cè)器數(shù)據(jù)傳輸給水上接收電路。

3軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件以Keil4為編譯平臺(tái)，采用模塊化編程思想，分別為水下探測(cè)部分和水上數(shù)據(jù)接收部分編寫(xiě)了代碼，增加了代碼的可讀性，使設(shè)備易于升級(jí)維護(hù)。

3.1水下探測(cè)電路軟件設(shè)計(jì)

水下探測(cè)電路主要任務(wù)是采集機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、探測(cè)器姿態(tài)、壓力、溫度等信息，并將數(shù)據(jù)增加時(shí)間戳后存儲(chǔ)到SD卡中，其程序圖如圖9所示。

3.2水上接收電路軟件設(shè)計(jì)

水上接收電路主要功能是接收水下探測(cè)器測(cè)量的數(shù)據(jù)，此外還有控制鋰離子電池充電，控制數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)置水下探測(cè)器采樣間隔，指示充電狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)的功能。

4結(jié)果與討論

本設(shè)計(jì)的電路經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，設(shè)備可連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月，姿態(tài)角測(cè)量精度可達(dá)到±1°，此外本設(shè)計(jì)采用無(wú)線充電和無(wú)線傳輸技術(shù)，降低了維護(hù)難度、成本。該電路設(shè)計(jì)與SLC9-2型直讀海流計(jì)電路性能對(duì)比。通過(guò)對(duì)比結(jié)果可知，設(shè)計(jì)電路具有功耗低，重量輕，流向測(cè)量精度高，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，完全滿足各種海洋作業(yè)中海流測(cè)量需求，具有很大的實(shí)用價(jià)值。由于沒(méi)有對(duì)機(jī)械式海流計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，因此該設(shè)計(jì)還存在啟動(dòng)流速低，在超淺水域工作不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。在之后的研究工作中，將對(duì)機(jī)械式海流計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以使其能夠在超淺水域穩(wěn)定工作。

作者:張旭光張凱臨單位:中國(guó)海洋大學(xué)