摘 要：該文主要討論SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的數(shù)據(jù)采集，它能精確測(cè)量海水的溫度、電導(dǎo)率、壓力、深度、鹽度、聲速、密度等狀態(tài)參數(shù)，能很好地滿足潛水器導(dǎo)航控制的要求。但由于其數(shù)據(jù)的輸出格式與導(dǎo)航設(shè)備的格式有差異，無(wú)法直接與導(dǎo)航系統(tǒng)直接交換數(shù)據(jù)，因此需要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集電路接口，使其能和導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。 關(guān)鍵詞：溫鹽深傳感器;導(dǎo)航;潛水器 [b][align=center]The Application of A New Type CTD In The Submarine Li Xue-cong, Wan Pin，Deng qinghua, Li Jun[/align][/b] Abstract: This paper mainly introduces the type CTD of SBE 37-SI MicroCAT, which is able to bear the high pressure and can measure exact value of such states as the temperature, conductivity, pressure, depth, salinity, velocity of sound , density of seawater. The characteristic can meet the design of the Integrated Navigation System（INS） in the submarine. Because there are differences in the output form of its data and the data form of generally navigation equipment, its data can‘t be sent to INS in the submarine directly. So it is necessary to design transformation of serial interface. It makes the SBE 37-SI MicroCAT to communicate with INS of the submarine directly. Key words: CTD; Navigation; Submarine; 0 引言 　　隨著工業(yè)和國(guó)防技術(shù)的發(fā)展，潛水設(shè)備在各種應(yīng)用尤其在軍事應(yīng)用上，對(duì)探測(cè)技術(shù)的高、精、尖的要求越來(lái)越高。在各種潛水設(shè)備的技術(shù)發(fā)展中，具有重要意義的潛水器充分的體現(xiàn)了這一點(diǎn)，為了提高潛水器的深潛能力，潛水器都配備有綜合導(dǎo)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(wù)。由于潛水器的體積和載荷的限制，綜合導(dǎo)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(zhǔn)確地獲得潛水器的航行參數(shù)。在測(cè)量海水的溫度、電導(dǎo)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(cè)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(shè)計(jì)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(guān)SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在潛水器中的數(shù)據(jù)采集過(guò)程進(jìn)行探討，對(duì)其中的傳輸格式不對(duì)應(yīng)，不便于直接傳輸，提出一種可行的設(shè)計(jì)方案和思路，并給出一個(gè)已經(jīng)得到應(yīng)用的實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。 1 SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在潛水器中的應(yīng)用 　　潛水器的綜合導(dǎo)航顯示控制系統(tǒng)主要是應(yīng)用組合導(dǎo)航技術(shù)和信息融合技術(shù)把各個(gè)導(dǎo)航設(shè)備有機(jī)地組合起來(lái)，在不改變各導(dǎo)航設(shè)備的情況下，采用濾波技術(shù)，對(duì)各種導(dǎo)航信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)各種導(dǎo)航信息互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高導(dǎo)航定位精度;通過(guò)對(duì)導(dǎo)航信息進(jìn)行集中顯示，集中控制和綜合處理，可以實(shí)現(xiàn)最大限度發(fā)揮每一個(gè)導(dǎo)航信息的作用，實(shí)時(shí)向使用設(shè)備提供全面的、最佳的導(dǎo)航信息。溫鹽深傳感器的作用是實(shí)時(shí)地測(cè)量海水的各個(gè)狀態(tài)參數(shù)，如溫度、電導(dǎo)率、壓力、深度、鹽度、聲速、密度，發(fā)送到綜合導(dǎo)航顯示控制系統(tǒng)，然后顯示出來(lái)或者供其他設(shè)備使用。為了確保潛水器航行安全和打撈搜救任務(wù)的完成，潛水器上的傳感器的測(cè)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(cè)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(dá)到，滿足導(dǎo)航系統(tǒng)的要求。 [align=center] 圖1 SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器[/align] 　　SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器目前在國(guó)外大多在潛水器和潛艇中使用，在國(guó)內(nèi)還很少應(yīng)用。如圖1所示，其外形尺寸為長(zhǎng)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(cè)量準(zhǔn)確度非常高，例如溫度范圍在-5到30°C，精確度達(dá)到 0.0001°C，能在水深7000米的高壓情況下也能測(cè)出所需要的精確的導(dǎo)航信息。SBE 37-SI MicroCAT與其它設(shè)備主要根據(jù)NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)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(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸?shù)乃俾室部捎奢敵龅膮?shù)選定，每次測(cè)量數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔范圍由1.15秒到22.19秒。 2 SBE 37-SI MicroCAT接口電路的設(shè)計(jì) 　　SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的輸出數(shù)據(jù)格式與一般導(dǎo)航設(shè)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(biāo)志＊,代碼和cc,數(shù)據(jù)終結(jié)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(biāo)志以及代碼和。它還有一個(gè)很大的特點(diǎn)：SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器的輸出有電平保護(hù)作用，當(dāng)它停電后重新通電啟動(dòng)，輸出電平為零，不會(huì)自主的向外發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，必須給它發(fā)一個(gè)激發(fā)信號(hào)（數(shù)據(jù)發(fā)送命令）才能觸發(fā)它。它的觸發(fā)信號(hào)是兩個(gè)回車(chē)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(shè)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(dǎo)航設(shè)備的數(shù)據(jù)格式保持一致，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)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(gè)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(lái)自它的數(shù)據(jù)，加上起始符、代碼和標(biāo)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(dǎo)航顯示控制臺(tái)。這樣，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換接口電路一方面要處理控制指令的中斷和實(shí)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(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。 3 實(shí)際應(yīng)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(dǎo)航設(shè)備數(shù)據(jù)格式不同，不能直接與潛水器綜合導(dǎo)航顯示控制臺(tái)系統(tǒng)現(xiàn)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了方便通信，本文作者在實(shí)際的工程應(yīng)用中設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路板，電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示。 [align=center] 圖2 SBE 37-SI MicroCAT數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路板的設(shè)計(jì)[/align] 　　在圖2中，通信控制單片機(jī)一方面負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，將接收到表達(dá)海水的狀態(tài)參數(shù)的ASCII字符轉(zhuǎn)換成數(shù)字類(lèi)型，對(duì)該數(shù)字類(lèi)型進(jìn)行判斷正負(fù)，把相應(yīng)的空格置換成零，再轉(zhuǎn)換為ASCII字符類(lèi)型，添加上起始符$以及每個(gè)數(shù)據(jù)的頭字母（即T、C、P、D、S、V、R），算出$以后所有字符的代碼和，然后將代碼和標(biāo)志及代碼和、回車(chē)符、換行符加上，最后通過(guò)RS232輸出到綜導(dǎo)顯控臺(tái)。另一方面，接收來(lái)自綜導(dǎo)顯控臺(tái)的命令，然后發(fā)送給SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器，對(duì)傳感器的響應(yīng)完完全全地返回給綜導(dǎo)顯控臺(tái)。因此綜導(dǎo)顯控臺(tái)可以隨時(shí)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(shí)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(shí)例的硬件使用的是常用可靠的AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)廉的方案。 　　由于程序設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，為了提高開(kāi)發(fā)效率，不采用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)程序，而是直接選擇匯編語(yǔ)言編寫(xiě)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(gè)信號(hào)線，這樣可以確保數(shù)據(jù)可以在任何時(shí)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(shè)計(jì)完成并在實(shí)際中使用的SBE 37-SI MicroCAT數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換電路。電路設(shè)計(jì)精巧，面積小，安裝方便，信號(hào)線拔插易用。 　　SBE 37-SI MicroCAT溫鹽深傳感器在空氣中測(cè)量直接出來(lái)的數(shù)據(jù)格式（如果數(shù)據(jù)為負(fù)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(gè)負(fù)值）來(lái)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] [align=center] 圖3 SBE 37-SI MicroCAT格式轉(zhuǎn)換電路板[/align] 4 結(jié)束語(yǔ) 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：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(dǎo)顯控臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，能精確測(cè)量潛水器所需海水的溫度、電導(dǎo)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(dǎo)航設(shè)備的常用格式不同，無(wú)法直接相接，因此必須在其接口上另接一個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)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(kāi)發(fā)出通信與數(shù)據(jù)采集軟件，通過(guò)人機(jī)界面完成對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制與通信。本文介紹的實(shí)例系統(tǒng)的軟硬件的實(shí)現(xiàn)方法比較簡(jiǎn)單，可靠性高，具有廣泛的實(shí)用性。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]馬忠梅，籍順心，何立民.單片機(jī)的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.57-73. 　　[2]趙云鵬.MATLAB串口通信在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用，微計(jì)算機(jī)信息， 2006年第1-1期，P111-112 　　[3] 羅興垅，黃隆勝.基于AT89C51控制的0.01℃數(shù)顯溫度計(jì)的設(shè)計(jì)，微計(jì)算機(jī)信息， 2006年第5-2期，P70-72 　　[4]楊寶清，宋文貴.實(shí)用電路手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 　　[5]吳金戍，沈慶陽(yáng)，郭庭吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2001 　　[6] Sea-Bird Electronics, Inc. User’s Manual of SBE 37-SI MicroCAT