發布日期：2022-04-18 點擊率：95
海洋環境中，由于測量現場離岸較遠，環境惡劣，必須將測量裝置與計算機系統分開，構成遠程數據采集系統。遠程數據采集系統的數據傳輸方式一般有兩種：頻率量傳輸和串行通信。頻率量抗干擾能力強，便于遠距離傳送，但這種遠程的頻率測量一般僅適用于幾十赫茲以下的較低頻率范圍。在串行通信中，RS-232通信標準數據傳輸速率慢(通常異步通信速率限制在19.2kbps以下)，傳送距離短(一般電纜長度為15m)，不適于用作遠程數據采集系統;RS-449、RS-422及RS-423等通信標準，實時性不強;RS-485只能構成主從式。
海洋環境中，由于測量現場離岸較遠，環境惡劣，必須將測量裝置與計算機系統分開，構成遠程數據采集系統。遠程數據采集系統的數據傳輸方式一般有兩種：頻率量傳輸和串行通信。頻率量抗干擾能力強，便于遠距離傳送，但這種遠程的頻率測量一般僅適用于幾十赫茲以下的較低頻率范圍。在串行通信中，RS-232通信標準數據傳輸速率慢(通常異步通信速率限制在19.2kbps以下)，傳送距離短(一般電纜長度為15m)，不適于用作遠程數據采集系統;RS-449、RS-422及RS-423等通信標準，實時性不強;RS-485只能構成主從式結構系統，通信方式也只能以主站輪詢的方式進行，系統的實時性、可靠性較差;且當系統出現多節點同時向總線發送數據時，會導致總線呈現短路，從而損壞某些節點的現象。
CAN(ControllerAreaNetwork)總線屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。CAN總線通信接口中集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的成幀處理。CAN協議的一個最大特點是廢除了傳統的站地址編碼，而代之以對通信數據塊進行編碼。采用這種方法的優點是使網絡內的節點個數在理論上不受限制，數據塊的標識碼可由11位或29位二進制數組成，因此可以定義211或229個不同的數據塊，這種按數據塊編碼的方式，還可使不同的節點同時接收到相同的數據。數據段長度為8個字節，不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。CAN協議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數據通信的可靠性。
2、系統設計
遠程數據采集系統要求傳感器與測量裝置位于測量現場，計算機系統在岸上或船上，它們之間距離經常在幾百米，有時甚至達到幾公里。因此，連接導線少，維護費用低就顯得尤為重要。本文中測量系統針對磁場(3分量)、電場(3分量)、傾角參數(2分量)，用CAN來構建遠程水下數據采集系統，采用3個測量節點，分別對上述8路傳感器信號實現實時采集與傳送。遠程水下數據采集系統的結構框圖如圖如圖1所示。
遠程數據采集系統主要由兩部分組成：岸上接收處理部分和水下測量裝置。為了延長電池的使用時間，從岸上來控制水下測量體部分電池電源的通斷。數據采集系統使用的是四芯縱向密封海水電纜，兩路傳輸數據，另兩路控制電池電源。
2.1硬件電路設計
傳感器采用磁場三分量測量模塊，電場三分量測量模塊，傾角2分量測量模塊。信號處理電路中將各信號進行放大和濾波，放大采用兩片LM148四運放，濾波器是由運算放大器構成的兩個有源低通濾波二階節的級聯。單片機系統將電場三分量信號、磁場三分量信號和兩個姿態角信號共8路信號輪流選通送入A/D進行轉換，A/D轉換選用B-B公司生產的16位芯片ADS7805，其輸入電壓范圍為±10V，輸出16位和8位可選，這里使用16位并行輸出，其控制信號由單片機的口線P1.0、P1.1和P1.2產生，單片機系統的結構框圖如圖2所示。單片機采用PHILIPS的是有再片CAN功能的微控制器P87C592，晶振頻率為16MHz，P0口和P2口用作數據線和地址線，P4口和P5口用作16位模數轉換器的高8位和低8位并行數據線。P1.6、P1.7用于CAN總線，P1.2、P1.3和P1.4控制八選一多路轉換器MAX308的通道。PC82C250為CAN總線收發器，是CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的驅動發送能力、對CAN控制器的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。它有很強的抗瞬間干擾和保護總線的能力;有3種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機。總線上的某節點掉電不會影響總線，在40m內實現高速應用可達1Mbps。主機接收端使用PCL-841，PCL-841可直接插在計算機的ISA擴展槽內，計算機為PCL-841分配內存地址，并將其作為標準內存進行讀寫，內存地址可通過跳線設置為C800H至EF00H中40個基地址中的任一個。是內置CAN控制器的CAN總線通信卡，它提供總線仲裁和錯誤檢測并自動重發送功能，從而避免了數據丟失，保證了系統的可靠性。
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