1、前言

大海观察是深海调研的一项关键內容，选用配有瞬时速度式波浪纹感应器的波浪纹钓鱼浮标是一种合理的大海精确测量方法。当配有波浪纹感应器的钓鱼浮标随波阵面波动健身运动时，钓鱼浮标内感应器輸出体现波阵面升沉瞬时速度转变的数据信号，对其开展二次積分解决，就可以获得与波阵面波动高宽比转变成百分比的数据信号，再对于此事数据信号做好解决，获得波高及波周期时间数据信息。瞬时速度数据信号積分选用仿真模拟積分电源电路，也可选用数值积分方法。一般 波浪纹周期时间为2～30 s，仿真模拟积分电路选用積分电容器值则很大，这导致感应器容积非常大，并且仿真模拟路线易受外部溫度、环境湿度等要素危害，不有利于调节，而选用数值积分方法则能有效的摆脱这种难题。

数值积分要开展很多乘加计算，DSP是一种适用数据信号分析计算的微控制器，可用以完成各种各样即时迅速的数字化信号分析优化算法。TMS320C54x系列 DSP是TI企业为完成功耗低、高速实时信号分析而设计方案的16位指定数据信号转换器，具备高宽比的操控灵活和运转速率，适用嵌入式开发必须。因而，该设计方案采用TMS30VC5402型DSP做为数据信息CPU。

2、系统软件硬件配置电路原理

图1为瞬时速度式波浪纹感应器的体系构成框架图，该框架图包含瞬时速度感应器、抗混叠过滤器、A／D转化器、数据信号转换器、通信插口、开关电源系统软件等一部分。

瞬时速度感应器是波浪纹感应器的关键部件，这儿采用Freescale半导体公司制造的MMA1260EG型瞬时速度感应器。该元件是一款成本低、小规格、硅电容传感器微机械设备瞬时速度感应器，选用脉冲调制、温度补偿和自查等技术性。该元器件已开展零g赔偿和双极低通滤波器等解决，进而简单化了外嗣电路原理。MMA1260EG 的工作标准电压为5 V，检测范围为Z轴±1．5 g，敏感度为1 200 mV／g。图2为MMA1260EG的使用电源电路。

基本波浪纹周期时间在2～30 s范畴内，在A/D转化器收集相互连接一带通滤波器做为抗混叠过滤器，以除去高频率信号干扰。A／D转化器采用TI公司的TLV2544。TLV2544是一款性能卓越、功耗低、快速、12位4安全通道串行通信CMOS A／D转化器，选用单开关电源工作中，工作电压标准为2．7～5．5 V。该元器件能为使用者给予3个键入端和一个三态輸出端串行通信端口号，为微控制器SPI串行通信端口号提供便利的4线插口。

数据信号转换器TMS320VC5402给予快速、双重、多路带缓存串行通信端口号McBSP，可与串行通信A／D转化器立即联接。每一个BSP口工作中在SPI方法和I／O方法。在SPI方法下，BSP口有利于与遵循SPITM协议书的串口机器设备相接。TMS320VC5402与TLV2544插口时，该元器件做为SPI关键设备向TLV2544给予串行通信数字时钟、指令和片选数据信号，完成无缝连接，不用额外时序逻辑电路，其联接电源电路如罔3所显示。

TMS320VC5402是TI公司生产制造的性价比高极高的16 bit指定数据信号转换器（DSP），实际操作速度可以达到100 MI／s，內部资源分配大大的便于客户结构系统软件。TMS320VC5402配备有4 K×l6bit片内屏蔽掉式ROM（F000h～FFFFh）和16 K×l6 bit双存储的RAM（DARAM），在其中4 K ROM中包括Bootloader程序流程。客户自主设记时，如程序流程容积不超过16 K，可运用元器件內部資源。选用正确引导运载方法，以减少控制系统设计难度系数和成本费，加速设计方案过程。DSP的硬件配置基本上电源电路包含电路、延时电路、晶振电路等。在其中电路用双电源开关供电系统，内核电厂源CVDD选用1．8 V，I／O开关电源DVDD选用3．3 V。该电路由TPS73HD318完成，如图4所显示。

图5为MAX706R完成的延时电路。而晶振电路应用TMS320VC5402內部震荡器，在其X1和X2／CLKIN脚位中间接一个结晶，用以运行內部震荡器。

通信插口是根据SPI系统总线拓展，采用Maxim企业的MAX3100。MAX3100内嵌一个简易的UART，带SPI接口的串口波特率产生器和一个终断产生器，根据“写构造存储器”设置串口波特率、字长、校检、8字节接受FIFO，挑选通用性UART或Ir-DA，操纵关掉模式和4个终断每日任务。图6为UART电源电路，图上MAX3221为脉冲信号转化器。

3、 系统设计方案

系统设计方案选用MATLAB-DSP系统软件级集成化自然环境，即在MATLAB统一自然环境下进行设计概念、仿真模拟／模拟仿真、总体目标编码造成、运作和调节。运用MATLAB-DSP系统软件级开发工具巨大减少了耗费在程序编写和调整不正确层面的時间，加速了设计方案过程。 MATLAB-DSP集成化开发工具改变过去的DSP设计方法。在这里自然环境下可进行对总体目标DSP的实际操作，包含浏览DSP的储存器和存储器等，运用 MATLAB的强有力专用工具剖析和数据可视化解决DSP储存器的数据信息，可立即把MATLAB程序流程转化成DSP可运行的目的编码。

根据A／D收集获得的瞬时速度数据信息最先经迅速傅里叶变换转换为时域数据信息，在时域中二次積分后开展2～30 s的过滤，随后对信息实现迅速傅立叶反转换重获频域数据信息，经平均误差转换后，根据串口通信輸出数据信息，其解决步骤如图所示7所显示。

时域積分是一个十分有效的正确处理方式 。时域二次積分的标值计算方法为：

式中，各自为低限和限制截止频率；X（k）为x（r）的傅里叶变换；△f为頻率屏幕分辨率。

4、 检测結果

试验室应用波浪纹仿真模拟校准设备校准以TMS320VC5402为CPU的瞬时速度式波浪纹感应器，校准后的感应器波高检测范围0～20 m、数据误差±（0．3 5％×精确测量值）m及波浪纹周期时间检测范围2～20 s、数据误差±0．5 s，合乎波浪纹钓鱼浮标国家标准规定。以TMS320VC5402为CPU的瞬时速度式波浪纹感应器与应用仿真模拟积分器的波浪纹感应器开展对照检测，图8为配有仿真模拟積分波浪纹感应器与数值积分波浪纹感应器的波浪纹钓鱼浮标在水上实验时获得的一组数据信息，从波型上看，选用数值积分的瞬时速度感应器（虚线）获得与原来应用仿真模拟积分器的感应器（斜线）较一致的数据信息。经试验室和当场测试表明：选用TMS320VC5402完成的根据时域積分优化算法的瞬时速度式波浪纹感应器的设计方案行得通。

5、 结果

这类根据时域数值积分的瞬时速度式波浪纹感应器调节简易，可靠性高，体型小，已经将该瞬时速度式波浪纹感应器使用于波浪纹钓鱼浮标中，取代此前的仿真模拟積分式波浪纹感应器，精确测量大海的波高及波周期时间。

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