航海系统中的双传感器航星计程仪测试系统

在航海系统中，采用计程仪连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。本文所设计的计程仪系统采用双传感器组合结构，并结合微处理机技术(选用了MCS-51系列单片机及与之配套的专用接口芯片)，组成了计程仪专用计算机系统。仪器结构简单，体积小，精度高，操作调整方便。它能方便地进行数字通讯；根据实际需要，也能发送速度的模拟信息，接口灵活，适应了船舶控制与操作自动化的需求。

1 计程仪硬件设计

该计程仪系统由主仪器、电磁传感器、压差式传感器、船底阀、导压杆、可由用户扩充的分显示器和一套开关分配器等部分组成(图1)。本系统的突出特点是采用了双传感器组合结构：分别利用电磁传感器和压差式传感器(利用贝努利方程原理)来测量船舶与水之间的相对运动速度，并由其计算与记录船舶的航程。

1.1 技术性能

(1)测速范围：-10节～+40节(量程更改可由程序设定)；(2)航速精度(测速场精度)：±0.20节；(3)航速发送形式：RS-485；(4)单次航程范围：0～9999.99海里；(5)累计航程范围：0～999999海里；(6)工作时间累计范围：0～99999小时；(7)航程解算精度：±0.1％(负速度不计航程)。

1.2 主仪器工作原理

主仪器是一个以MCS-51单片微计算机为核心的专用微机系统，如图2所示。它包括：直流电源装置，键盘输入与显示装置，及由CPU、EPROM、EEPROM及专用接口电路组成的单片机装置。主仪器是计程仪的核心部分，其面板上装有各种操作按钮，用以控制整个仪器的运行，完成测速校正操作。

主仪器采用中断方式实现双传感器的数据采集控制，其中定时器周期性地产生中断信号申请中断，中断服务程序接收电磁传感器和压差传感器输出的电信号，然后A/D转换装置和I/F转换器将它转换成数字量后送至微机系统；按一定的计算公式进行数椐处理，并按调整后的曲线进行修正，以得到船舶的速度，再根据时间间隔的大小进行数值积分来求得航程。计算机将求得的航速信息以适当的形式通过各相应的接口电路送到各用户和分显示器，完成航速航程的显示。计算机系统中的EEPROM可以永久性地保存诸如累计航程、累计工作时间、速度调整参数等结果。

1.3 主要芯片及其系统功能简介

本系统中主要采用了AT89C55、ICL7109和AD652等芯片，简介如下：

1.3.1 AT89C55

AT89C55芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位单片机。片内主要有20KFlash存储器、256字节片内RAM，4个8位的双向可寻址I/O口，1个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行接口、3个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。本系统中利用了AT89C55丰富的20K闪存资源永久保存测量中累计航程、累计工作时间等关键结果，并利用了其定时器计数器及中断嵌套结构实现双传感器的数据采集。

在本系统中，T0、T1均工作在计数方式，T0产生1s计数中断，T1完成压差传感器转换的频率计数。INT0被用于按键中断处理，TXD串行发送计程仪的速度信息，波特率为4800。X1、X2外接8MHz的石英晶体。P1口各位分别完成发送显示码、测速/航行判断等功能，P2口部分参与地址译码，同时P0口分时输出数据/地址低8位。