遥测波浪仪浮球ISP设计

　　0　引言

　　遥测波浪仪是一种用于测量波浪参数的仪器,包括波高、波周期、波向等参数,它适用于沿海海洋台站、港口码头、海上平台等处,也可用作随船测量。近海遥测波浪仪主要由海上浮球和岸上接收机组成,浮球布放在需进行波浪观测的区域,它在水面上随波浪的运动而上下起伏,利用测量波浪水质点运动的加速度的原理来实现波浪参数观测。浮球内安装加速度计、处理电路、电台等,波浪数据由浮球体内的处理电路采集、处理,并通过电台发送到岸上接收机。

　　浮球的工作环境一般处于海上或者海边,所以浮球都作了良好的密封,而一旦卸开浮球,将会使浮球内电路板以及传感器直接暴露于恶劣的高盐度、高湿度环境中,可能给仪器未来的工作埋下隐患。但现实应用中经常需要根据客户的要求现场修改浮球内程序,而每次打开浮球都要做好密封防盐雾处理,既浪费时间也浪费成本,而且现场修改会有很多隐患。

　　基于以上出现的现实问题,本文提出了近海遥测波浪仪浮球ISP设计方法,具体包括浮球内电路板设计、单片机程序以及上位机程序设计、浮球接口设计。

　　ISP(In-System Programming)技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发,免去了调试时由于频繁地插入、取出芯片对芯片和电路板带来的不便。ISP技术是未来发展方向。通过应用ISP技术有效提高了浮球程序升级效率,避免了浮球因修改程序而卸开球盖所带来的负面影响。

　　1　ISP设计

　　1.1　设计概述

　　首先是浮球内电路板设计,MCU采用的是华邦系列带有ISP功能的单片机W78E516BP,电路板通过RS-232信号与上位机通讯实现ISP功能;其次是单片机和上位机编程以实现ISP功能,先定义好两者的通信协议之后根据串口中断方式编写程序;最后是浮球接口设计,在球盖处留有接口以便与电脑通讯。

　　1.2　浮球内电路板设计

　　电路板是通过RS-232信号与上位机通讯实现ISP功能,所以单片机需要信号转换电路,把单片机的TTL电平转换成RS-232信号。其电路图如图1和图2所示。

　　1.3　单片机程序和上位机程序

　　MCU内含64 K的主ROM和4 K的辅助ROM。4 K辅助ROM中的装载(loader)程序,可以让用户更新位于64 K主ROM中的程序内容,所以64 K的主ROM区用来存储应用程序(APROM),4 K的辅助ROM区用于存储装载程序(LDROM)。实现原理如图3所示。

　　单片机根据串口接收来的数据(采用中断方式),判断是否是上位机发送来的进入ISP命令。如果是进入ISP命令,首先初始化,设置控制寄存器、设置定时器、开中断、启动定时,之后定时中断时是执行LOROM里的程序。上面功能实现程序存储在主ROM区存储。具体程序如下。