（计算机应用技术专业论文）新型远程遥控遥测航标灯的设计与实现.pdf

摘要 水路航运系统是运输系统中很重要的一部分，而航道的正确标识 是船舶航运安全的重要保障。在我国长达数千公里的河道和海岸沿 线，分布着数量众多的航标灯。为了能及时地了解各航标灯的工作状 态和工作正常与否，以便有针对性地对出现故障的航标灯进行维护， 我们需要一种新的航标灯能够对其进行遥控遥测的航标灯。 新型遥控遥测航标灯具有先进的设计技术，采用新型遥控遥测航 标灯能够极大的提高航道维护的精确性，给船只提供了更安全更可靠 的指引，同时节省了大量的维护费用。 在用高性能8 位处理器6 8 h c 9 0 8 s r i2 设计的新型遥控遥测航标灯 中，充分利用了处理器的功能，实现了对灯器的程序化控制，实时进 行数据采集，采用了两级放大器对电流信号进行放大，采用v h f 电台 进行远程通信，对g p s 定位数据进行采集和处理，为了降低功耗实现 了定时和睡眠控制，为保证工作稳定性和可靠性，启动了故障处理、 自动报警功能，以及看门狗功能。 此次设计的遥控遥测的航标灯参加上海宝钢马迹山2 0 万吨级港口 航道建设投标，已中标并投入使用，至今已成功运行5 个多月无故障， 十分稳定。该产品的改进型，采用g p r s 通信网络来传输数据，将参加 广东省航道局工程投标，具有极大的竞争力。 a b s t r a c t a sw ea l lk n o w ，s h i p p i n gi sa v e r yi m p o r t a n tp a r to f t h eb e l tl i n e a n dc o r r e c tm a r k i n go fs e a - r o u t ei sa ni m p o r t a n tf a c t o rf o rt h es a f e t yo f s h i p s a l o n g t h et h o u s a n d sm i l e so fr i v e rw a ya n ds e a c o a s t ，t h e r ea r e m a n yp h a r o sp l a c e d t h e r e i no r d e rt ok e e pt h e mf r o m b r o k i n gd o w n a n d t or e p a i rt h e mw i t hm o r e p e r t i n a c i t y ，w en e e d t ok n o wt h es t a t u so ft h e m i n t i m e t h i sn e wr e m o t ec o n t r o la n dr e m o t es e n s ep h a r o si sd e s i g n e dw i t h a d v a n c e d t e c h n o l o g y u s i n g t h i sk i n do f p h a r o s w i l lg r e a t l yi n c r e a s et h e r e l i a b i l i t yo f s e a - r o u t e a n d p r o v i d es h i p sm o r es a f e l ys a i l i n g s a t t h e s a n 2 et i m e ，l a r g ea m o u n t o f m o n e y w i l lb es a v e df o rt h ed e c r e a s eo fc o s t f o rt h e i rm a i n t e n a n c e s i nt h ed e s i g no ft h i sn e w t y p er e m o t ec o n t r o lp h a r o s ，ih a v e t a k e nf u l l u s eo f t h e8 - b i tm i c r oc o n t r o l p r o c e s s o r o f m o t o r o l a ：m 6 8 h c 9 0 8 s r l 2 。 t h e p h a r o si sc o n t r o l l e db y r e l i a b l ep r o g r a m w o r k i n gs t a t u sd a t ai s c o l l e c t e di nr e a lt i m e a t w o s t a g ea m p l i f i e r i su s e dt os e n s et h ec u r r e n t s i g n a l 。哪t r a n s m i t t e r - r e c e i v e r i su s e da st h em e a n so fc o m m u n i c a t i o n w h i c hi sw o r k i n ga t2 3 3 3 m h z g p sd a t ai sc o l l e c t e dt oc a l c u l a t et h e l a t i t u d ea n dl o n g i t u d ev a l u e do f t h e p h a r o s 。s l e e pm o d e i su s e dt or e d u c e t h ee n e r g y c o n s u m p t i o n a u t o a l a r mf u n c t i o na n dw a t c h d o g f u n c t i o na r e i n t e g r a t e dt om a i n t a i ni t ss t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y t h i sk i n d o f p h a r o s h a sa t t e n d e d , t h eb i do f c o n s t r u c t i o no f 2 0 0 一t h o u s a n d t o nh a r b o ri nm a r j i s h a n ，a n dw a ss e l e c t e dt op r a c t i c ei n t o u s e i th a s k e p t t h en o e r r o rw o r k i n g p e r i o do f 5m o n t h s t h e i m p r o v e d t y p eo f t h i sp h a r o s ，w h i c hu s eg p r sw i r e l e s sn e t w o r kt ot r a n s p o r td a t a ，i s d e s i g n e d w i t h g r e a tc o m p e t i t i o na b i l i t y i tw i l la t t e n d t h eb i do f g u a n g d o n g s e a - r o u t ep r o j e c t 前言 嵌入式系统是近年来得到广泛应用和迅速发展的技术领域。随着 技术的进步和应用复杂性的提高，高性能单片机在嵌入式系统中得到 了广泛的应用。 在用高性能8 位处理器m 6 8 h c 9 0 8 s r l 2 设计的新型遥控遥测航标灯 中，实现了对灯器的程序化控制，实时进行数据采集，采用了两级放 大器对电流信号进行放大，采用v h f 电台进行远程通信，对g p s 定位数 据进行采集和处理，为了降低功耗实现了定时和睡眠控制，为保证工 作稳定性和可靠性，启动了故障处理、自动报警功能，以及看门狗功 能。 新型遥控遥测航标灯的设计，采用了多种先进的设计技术，在国 内该领域内尚属起步。该产品的应用能够极大的提高航道维护的精确 性，给船只提供了更安全更可靠的指引，同时节省了大量的维护费用， 这对于我国的经济建设有极大的意义。 第一章新型远程遥控遥测航标灯简介 1 1 项目的来源和现状 水路航运系统是运输系统中很重要的一部分，而航道的正确标识是船舶航运 安全的重要保障。在我国长达数千公里的河道和海岸沿线，每隔一定距离就必须 有一个航标灯，用来指示航道的安全水位区域。以前的航标灯是独立分布的，从 被放置后，就独自运行。为了检查航标灯是否运转正常，必须定期的派人去现场 巡查。由于距离遥远，需要检查的地点很多，所以经常要派一些船只和人员不断 的巡视。因为事先不知道航标灯的情况，对航标灯的巡视维护缺乏目的性，有时 一个航标灯的维护和更换器件需要一个来回。这样不但准确性不好，而且船只和 人员的开销费用都很大，巡视船只每一公里油耗费用就达到一百元以上。 为了能及时地了解各航标灯的工作状态和工作正常与否，以便有针对性地对 出现故障的航标灯进行维护，我们需要一种新的航标灯，这个航标灯能用无线通 滋蠹羹谶獭i l 蕊醚藩远程向中心站报告自己的状态，根据这些状态信息，中心站 可以做出是否需要派人进行维护及如何维护的决定。 同时，航标灯应该有一定的溺滁簇躺，在出现故障的情况下自獯嗉惫毫蕊站 绷瞵馕一，并且能重新启动以便从故障环节中跳出来，能够最大限度的保证 航标灯的正常工作。 为了在某些情况下能改变灯的灯质( 灯的闪亮规律) 和其他运行参数，以及 迸- # i - 其他盛要的中心站对航标灯的其他控制，航标灯应i 熬骧熬箍毫纛纛蒸纛的控 燃，对此做出响应发回应答。 由于海外的环境恶劣，有时航标灯会脱离固定的位置，航标灯应该焘震慷装 蘩粪i l 麓；，能够检测到漂移的出现，并及时向中心站报警。中心站知道了航标 灯的位置，就不必大范围的搜索而是能根据位置信息直接找到漂移的航标灯。 另外，由于航标灯的能量供给是独立的和有限的，为了延长其持续的工作时 间，采用了白天太阳能电池充电和蓄电池蓄电相结合，晚上用蓄电池供电的方式。 同时航标灯在不需要工作的时候纛进褰镶黼弑i 莲，以降低功耗，而在工作时间到 或条件满足( 天黑了) 的时候，能自动唤醒进入工作状态。 由于需要完成的控制任务和其他任务很多，为了保证实时性，需对这些任务 进行合理的安排和调度，以达到良好的实时性和稳定性。 i 2 项目的应用方式 航标灯远程遥控遥测系统包括航标灯和基站，每个基站管理着大约10 0 0 航 标灯航标灯和基站之间通过g s m 或v l i f 无线电台进行数据通信。航标灯每隔一段 时间( 比如2 分钟) 进行一次运行数据采集。航标灯接收基站发来的命令报丈， 然后进行处理，并发回一个应答，同时向基站上报自己的运行数据。 航标灯远程遥控遥测系统框图如下图所示，它揭示了整个系统的工作情况； 本项目耍峦蜘拍设计善航栋灯即图中的”航标灯1 ”到”航标灯n ”的部分。 图i 航标灯远程遥控遥测系统框图 1 3 项目的意义 本新型遥控遥测航标灯的设计，具有先进的设计技术，在国内该领域内尚属 起步，具有广泛的应用前景。采用了该航标灯后，对于一个拥有2 0 0 只左右航标 灯的海域( 大约3 0 0 奔f f ) 来说，安装后一年节约的维护费用，即相当于初始的 投资成本同时，采用了新型遥控遥测航标灯，能够极大的提高航道维护的精确 性，给船只提供了更安全更可靠的指引，这对于我国的经济建设是有极大意义的。 第二章m 6 8 h c 9 0 8 s r l 2m c u 简介 2 1 功能概述 m 6 8 h c 0 8 s r l 2 单片机是m o t o r o l a 继m 6 8 h c 0 5 系列单片机之后推出的一种新 的8 位单片机，具有比较强大和完备的处理功能。包括： 高性能的m 6 8 h c 0 8 体系结构 夺最大内部总线频率可达8 m h z 5 v 或4 m h z 3 v 夺1 2 k 用户可编程f l a s h 夺5 12 字节o n c h i pr a m 夺两个1 6 位2 通道的时问模块，每个通道都可实现输入捕捉、输出比较、 p w m 功能 时间基中断模块，提供系统时问基准 夺速度可达1 2 5 k h z 的3 通道8 位高速p w m ，具有独立的计数器和相位控制 夺一个标准t t l 电平的串口通信模块( s c l ) 夺1 4 个1 0 位的模数转换器a d c 带两级放大器的模拟电路模块 夺两个外部中断i r q l 、i r q 2 夺8 位键盘接口 夺3 1 个g e n e r a 卜p u r p o s ei o 口 夺低功耗设计，可进入休眠状态 夺看门狗复位功能( c o p ) 2 2 存储器 m 6 8 h c 0 8 s r l 2 单片机寻址范围可迭6 4 k 字节，包括 夺1 2 ，2 8 8 字节用户可编程f l a s h 夺5 1 2 字节r a m 夺3 8 字节用户设置的向量地址 夺3 6 8 字节的监控r o m 2 3 中断 图2m 6 8 h c 0 8 s r l2 的存储器地址分配 m 6 8 h c 0 8 s r l2 包含了包括模数转换a d c ，串口通信s c i ，时间模决t i m ，时间 基模块t b m ，锁相环p l l ，键盘k o y b o a r d ，外部中断i r q i 、i r q 2 在内的1 7 个中断， 还有软件中断s w i 这些中断的中断服务程序入口地址存放在3 8 字节用户设置的向量地址里， 中断向量地址如下表所示： 4 v e c t o rp r o r i t yv e c t o ra d d r e s sv g c t o r l o w = s ts f f d al i m e b a s em o d u l ei n t e r r u p tv e c t o rc h i g h ) i f l 7 $ f f o b l l m e b a s em o d u l ei n t = r r u p t m = c t o rc l a , v ) jl s f f d ca n a l o gm o d u l ol i l h 3 r r u p tv e c t o r 【h i g h ) 1 f 1 6 s f f q oa n a l o gm o d u l ei n t e n u p t v 阱睢a 娜 s f f d e a d g c o n v 耕s l o n c o m p l e t e v e c t o r ( k q g h ) i f l 5 s f f d fa d c c o n m 甜 s l o r tc o m p l e t e v e c t o rc l o w ) s f f e o ) b o a r d d w ( h q h ) i f l 4 $ f f e l k g m o o a r d v e c t o r ( 1 0 w l ；f f e 2 8 c i t m i m r n r v 。d w i 啪h ) i “3 s f 只蟊s c lt p a n s m r v e c t o rf l o w ) 钎f e 4s g ir e c e i v e v e c t o rc h i g h ) i 列2 i ；f f e 5s c lr e c e i v e v e c 妇 ( l o w ) a ；f f e 8 s c ie m o r v e c t o r ( h i g h ) i f l l s f f e 7s c ie n o r v e c t o r ( l o w ) a ；f f e 8 m m l i l g i n 瑚t u p t v e c t o r ( h i g h 】 i f l 0 a ；f f e 9 m m i i c i n t m n j 时v e c t o r ( l o w ) l f f ：e t i m 2 o v e r f l o w v e c t o r ( h i g h ) i f g s f 哪t i m 2o v o r l l o w v e o t e r ( l o w 】 l ；f f e ct l c h a n n e l1 哪州i g h ) i f b l ；f f e dt i m 2c l l a n n e l1y ”- t o r ( l m y ) ；f f e e t i m 2g h a n n m0v e c t e rc h 啪) 1 1 ：7 s i r ：e ft i m 2c h a n n d0v e c t o rc l o w ) s f f f ot i m lo 州v 嘲o r h i 删 i f 6 $ f f f lt i m lo w r n o w v e c t o r ( l o w ) s f f f 2t i m lg h a n n e1 l 咖c h 目 l f 5 s f f i = 3t i m lg l t a n n e l1 均咖c l o w ) s f f f 4 t i m ic h e n n e l0 、白嘶c h i g h ) l f 4 $ f f f 5t i m ic h e n n e l 0v e c l 曲 ( l o w ) $ f f f 6 p u v e c t o r ( h i g h ) l f 3 s f f f 7 p l l v e c t o r ( l o w ) s f f f 8 i r e 2 v e c t o r ( h i g h ) l f 2 $ f f # 口 i r q 2 v e c l o r ( l o w ) s f f f al r q lv e c t o r ( h l g h ) i f l s f f f bi r q lv e c t o r l o w ) s f f f c s w i v e c t o r ( h i e h ) s f f f d s w i v e c t o r 【l o w ) r s f f f er e s e t v e c t o r ( h i g h ) h g h e s fs f f f fr e s e t v 。c l w ( l o w ) 图3 m 68 h c 0 8 s r l 2 的中断向量地址 2 4 外围接口 ( 1 ) 两个1 6 位2 通道的时间模块，每个通道都可实现输入捕捉、输出比较、 p w m 功能可以按照一定的时间间隔输出设定的电平，用来发送信号( 如模拟串 行数据发送) 或驱动外部设备( 如马达的运转) 。 ( 2 ) 一个标准t t l 电平的串口通信模块( s c i ) ，是一个8 位的串行移位收发 端口，有t x d ，k x d 两个数据线，其他的信号线如d t s ，c t s 等可以用g p l 0 引脚来 驱动串行通信模块可以通过设置一些功能寄存器来设定喘口的通信协议，包括 控制寄存器s c c l 、s c c 2 、s c c 3 ，状态寄存器s c s i 、s c s 2 ，波特率寄存器s c b r 。 图4m 6 8 h c 0 8 s r l2 的串行通信模块 ( 3 ) 1 4 路1 0 位的模数转换器a d c ，以及采样数据寄存器a d s c r ，可以缓存采 样数据。内置了采样保持部件。采样数据有连采样和单个采样方式。10 住的a d c 也可以当作8 位来用，1 0 位a d c 有左对齐、右对齐两种方式。转换完成后可以 产生中断 6 f i g u r e1 5 2 a d cb l o c kd i a g r a m 图5m 6 8 h c 0 8 s r l 2 的模数转换模块 ( 4 ) 模拟电路部分包括一个内置电流检测放大器，可以用来对采样电流进行 放大，内置放大器可以通过设置模拟模块控制寄存器a m c r 、两级放大增益控制 寄存器a m g c r 、模块状态和控制寄存器a m s c r 来设置放大系数，选择输入通道。 图6m 6 8 h c 0 8 s r l 2 的模拟电路模块 2 5 其他 时间基中断模块，提供系统时间基准，此模块在c p u 处于休眠状态时照常运 行，定时地将c p u 从休眠状态唤醒。 f l a s h 存储器，用于存放程序可执行代码，以及用户非易变数据。另外，该 f l a s h 存储器还支持在线编程，这样用户可以通过一定的软件技术来设置参数， 在线升级 第三章新型远程遥控遥测航标灯的设计 航标灯有两种工作环境，一种是浮标，一种是岸灯一个航标灯的组成 部分包括：电源( 通常是蓄电池) ，充电控制器，太阳能电池板，灯控制器，灯 泡，通信设备：浮标有g p s 模块，岸标没有g p s 模块。 3 1 功能要求 新型远程遥控遥测航标灯的功能主要包括实时的数据采样，外设控制 实时的数据通信，故障报警，错误恢复等 a 航标灯需要采集的参数包括： 1 ) 电流模拟输入量： 太阳能电池充电电流 电池放电电流 航标灯工作电流 由于电流采样的信号电压比较小，采样的精度要求比较高，这里需要 用到片内放大器。 2 ) 电压模拟输入量： 太阳能电池充电电压 蓄电池电压 航标灯工作电压 3 ) 光传感器输入： 目光值，并以此判别白天和晚上 b 航标灯需要能够执行的遥控命令包括： 1 ) 航标灯参数召测，参数包括：太阳能电池充电电流，电池放电电流，航 标灯工作电流，太阳能电池充电电压，蓄电池电压，航标灯工作电压， 目光值，航标灯灯质 一 2 ) 航标灯强制开强制关光阀控制，三种运行状态之间互相切换 3 ) 更改航标灯灯质( 灯质就是灯的闪亮规律) ：可选择预设的灯质表里的任 一项，灯质表存有2 5 6 种灯质，可扩展。 4 ) 设置通信机( v h f 或g s m ) 定时启动时间点。 9 5 ) 设置航标灯电流、电压的预警、报警门限，包括上限下限。 6 ) 时间校正同步：统一各航标灯的时间计数值，包括年月日。 7 ) 数据中继：可向邻近的航标灯转发控制命令或其他数据。 8 ) 遥控充电开关( 配充电航标灯) 。 9 ) 遥控更换灯泡( 配智能化灯器) 。 10 ) 其他的扩展功能。 c 航标灯自身的控制功能： 1 ) 接收和执行中心站的遥测遥控命令。 2 ) 依灯质控制航标的亮和灭 3 ) 增加、修改灯质表项 4 ) 航标灯参数采集 5 ) 数据的初步处理和异常检测，包括采样数据的整定，以及同设定的阀值 进行比较检查是否出现异常情况。 6 ) 数据校验码( c r c ) 生成。 7 ) 数据报文生成和即时发送。 8 ) 航标遥测遥控点故障自动报警。 9 ) 电源欠压过压自动报警。 1 0 ) 灯质异常报警 1 1 ) 自动发送报警信号，并附采集的最新参数，以供中心站进行故障判断决 定 1 2 ) 设置硬件看门狗( w a t c hd o g ) ，程序具有自恢复功能。 13 ) 休眠模式与正常状态的自动切换。通常处于休眠模式， 外部信号启动转为工作状态 1 4 ) 航标灯当前设置的自动记录与永久保存( 写2 - f l a s h ) 。 重新启动，其状态和参数设置与断电之前设置相同。 15 ) 自动换灯泡( 配智能灯器) 。 定时时问到或受 航标灯断电然后 1 6 ) 通信机类型的自动检测，判断是g s m 3 丕是v h f 或者没有通信机，并根据此判 断采用不同的通信控制方式和协议。 1 7 ) 全球定位( g p s ) 模块的自动检测与配置。 d 功耗要求： 航标灯采用太阳能电池、蓄电池供电，必须尽量降低电源消耗。为了降低功 耗，延长使用时间，通信机( g s m v h f ) 采用间歇工作方式，可以定时开启通信 机一段时间，如每小时开1 0 分钟，所有的遥测遥控通信在这段时间内完成，其他 的时间通信机关闭。 另外，航标灯采用休眠工作模式。白天，航标灯只需要间歇的采样数据， 并控制通信机的开启和关闭，在处理完这些工作后到下一次处理这些工作之问的 时问里处于体眠模式，此时系统只有t b m 模块在运行，p l l 模块也被关闭，达到最 省电的目的，系统的定时唤醒由t b m 中断完成。晚上，由于要控制灯的闪亮，为 保证控制精度，航标灯保持工作状态。 3 2 总体设计 航标灯的总体设计框图如下 图7 航标灯的总体设计框图 外部器件包括v h f 电台、智能抉泡机、g p s 定位模块。均为r s 23 2 接口，其 * g p s 定位模块是可选的，在浮标上由于存在防漂移问题，所以要装g p s 定位模块， 在岸标和灯桩上则不需要装g p s 模块了。 设计特点： 夺硬件上v x m c 6 8 h c 9 0 8 s r l 2 为中心，外挂了多个器件接口，可根据需要连接 不同的可选器件： 夺m c 6 8 h c 9 0 8 s r l 2 的标准串行口，外接v h f 电台，负责通信数据的接收和发 达： 使用t i m i 的输入捕捉功能来模拟串行口与g p s 模块进行串行通信： 夺使用t i m 2 的输入捕捉、输出比较功能来模拟串行口与灯器进行串行通信： 夺电压采样和光敏电阻采样直接连接到a d 输入口进行采样；充电电流、放 电电流采样需要进行放大，所以将其连接到两级放大器。需要放大的模 拟信号路敷多于m c 6 8 h c 9 0 8 s r l 2 的放大器输入端路数，所以将它们通过一 个多路选择器连接到两级放大器的输入端，用两根i o 口线进行选择； 夺通过内置稳压电路保证系统运行电压正常。 利用c o p 的功能实现自检和错误恢复，避免意外情况下的航标灯失效： 3 3 分部描述 v h f 电台通信 v h f 电台采用2 3 3 3 m h z 的无线频率来发射数据电波由于无线电的干扰 大，传输速率不能太高，设定的传输速率为1 2 0 0 b p s ( b y t ep e rs e c o n d ) 在使用 v h f 电台进行发送数据时，为了维持数据的稳定，需要保持发送控制信号高电乎 大于1 5 0 m s ，然后开始发送数据：数据发送完成以后，继续保持该信号高电平大 于l o o m s ，否则会有比较强的干扰，产生许多乱码。 v h f 通信的距离，在中间没有障碍物的情况下，最远可达6 0 公里左右，所 以如果基站位于海区的中部，各航标的信号就能顺利抵达基站。对于有障碍物的 地方，就选取另外一种新方式中继见图5 在这种方式中，航标灯如果接收 到一个中继数据报，他就会根据一定的协议将这个数据报加阱转换，然后向另一 介航标灯发送。 航标x 中继 ， 航标y 多一一一：丫 图8 航标灯的数据中继 基站 另外，为了节省电力降低功耗，通过开关三极管对电台的电源开启和关 闭进行了程序控制需要进行通信时，打开电台电源，打开电源的时间点和延时 由程序设定。例如，可以设置v h f 电台的工作时间是每个小时的头五分钟，或者 设定每天的上午9 点和晚上9 点分别开启v h f 电台10 分钟。左右的通信在v h f 通信时 间段里完成，其他的时间里v h f 电台关闭。如果监测到有故障发生，需要向基站 报警时，也会打开v h f 电台，向主战发送报警信息。 b 灯器控制 使用t i m 2 的输入捕捉、输出比较功能来模拟串行口与g p s 模块进行串行通信； 灯器采用上海市公共事业局的智能换泡器。在这个灯器里实现了自动换灯泡 的操作当正在使用一个灯坏了以后，一个转动电机会旋转到另外一个位置，使 得一个好的灯泡能够接替下来继续工作如下图： x 丕 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， * h h 数据项的意义如下表： u t ct i m eo f p o s i t i o nf i x ，h h n l m s sf o r m a t s t a t u s ，a = v a l i dp o s i t i o n ，v = n a v r e c e i v e rw a r n i n g l a t i t u d e ，d d m m m m m mf o r m a t ( 1 e a d i n gz e r o sw i l lb et r a n s m i t t e d l a t i t u d eh e m i s p h e r e ，no rs l o n g i t u d e ，d d d m m m n 恤f o r m a t ( 1 e a d i n g z e r o sw i l lb et r a n s m i t t e d ) l o n g i t u d eh e m i s p h e r e ，e o rw s p e e d o v e rg r o u n d ，0 0 0 0t o9 9 9 9k n o t s ( 1 e a d i n gz e r o sw i l lb et r a n s m i t t e d ) c o u r s eo v a r g r o u n d ，0 0 0 0 t o3 5 9 9d e g r e e s ，t r u e ( 1 e a d i n gz e r o sw i l lb e t r a n s m i t t e d ) u t cd a t eo f p o s i t i o nf i x ，d d m m y y f o r m a t m a g n e t i cv a r i a t i o n ，0 0 0 0t o18 0 0d e g r e e s ( 1 e a d i n g z e r o sw i l lb et r a n s m i t t e d ) m a g n e t i cv a r i a t i o nd i r e c t i o n ，eo rw ( w e s t e r l y v a r i a t i o na d d st ot r u ec o u r s e ) m o d e i n d i c a t o r ( o n l yo u t p u ti f n m e a 0 1 8 3v e r s i o n3 0 0a c t i v e ) ，a = a u t o n o m o u s ， d = d i f f e r e n t i a l ，e = e s t i m a t e d ，n d a t an o tv a l i d g p s 协议包括可以对g p s 模块进行设置的内容和可以a a g p s 模块接收到的内 容，对g p s 模块进行设置的命令如下表： 标示意义 p g r m ls e n s o ri n i t i a l i z a t i o ni n f o r m a t i o n p g r m cs e n s o r c o n f i g u r a t i o ni n f o r m a t i o n p g r m cs e n s o r c o n f i g u r a t i o ni n f o r m a t i o n p g r m c la d d i t i o n a ls e n s o r c o n f i g u r a t i o n i n f o r m a t i o n p g r m o o u t p u ts e n t e n c ee n a b i e ，d i s a b l e a 九g p s 模块接收到的数据内容如下表 标示意义 g p a l mg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e ma l m a n a c d a t a g p g g ag l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mf i xd a t a g p g s ag p sd o pa n da c t i v es a t e i l l t e s o p g s vg p s8 a t e i l i t e si nv i e w g p r m cr e c o m m e n d e dm n i m u m s p e c i f i c g p s t r a n s i td a t a g p v l gt r a c km a d eg o o da n dg r o u n ds p e e d g p g l l g e o g r a p h i cp o s r i o n p o r m ee s t i m a t e de r r o ri n f o r m a t i o n p o r m mg p sf i xd a t as e n t e n c e p g r n 【ts e n s o rs t a t u sl n f o r m a t i o n p g r m v3 d v e l o c i t yi n f o r m a t i o n 2 l 5 1 主程序 第五章程序结构 主程序采用了一个循环结构，在初始化完成之后，程序就进入主循环。 在循环里根据需要调用各个子程序模块来完成数据采集、与基站通信、处理g p s 数据、处理灯器数据、故障判断和报警等工作 系统的初始化包括： 1 ) 设置堆栈指针，系统设置初始化1 2 ) 时1 4 模块初始化，包括输入捕捉、输出比较、定时器l 3 ) 时1 4 基中断初始化， 4 ) 串行通信口s c i 初始化i 5 ) a d 采样及放大器初始化 6 ) 数据区初始化 7 ) 运行参数初始化 磋 僻 教 摊 化 系统初始化的特点在于分为3 个模块，硬件初始化、数据区初始化、运行参 数初始化。 夺硬件初始化是上电初始化，设置c p u 的部件工作状态。在看门狗起作用 而复位的时候也会进行硬件初始化： 数据区初始化是将航标灯的运行数据都清零，去掉不正确的数值，除了 前面的状态外，还可以由主站发送命令来执行此操作； 夺运行参数初始化是指当参数设置错误的时候，可以发送控制命令使航标 灯的运行参数恢复出厂时的设置值( 在f l a s h 里保存了两套运行参数， 一套可由用户改变，另一套在紧急情况下使用，可将其装入用户设置区， 以恢复出厂设置) 。 5 2 数据采样 数据采集包括太阳能电池充电电流，电池放电电流，航标灯工作电流，太阳 能电池充电电压，蓄电池电压，航标灯工作电压，目光值，航标灯灯质。 由于存在波动，对采样的数据要进行一些处理，包括滤波。这里采用了低通 滤波方式，计算公式如下： y 。= a x + ( 1 一a ) y ，l 其中，x 是本次采样的数值，y 。是上次计算得到的数值，y 。是本次计算得到 的数值，a 是滤波系数 这里取a 一1 8 ，我们采取了2 5 6 次采样计算滤波的方式，得到了比较稳定 和精确的数值 5 3 与基站通信程序 a 中断 s c i 发送不采用中断，接收采用中断方式。s e l l 收中断在收到信件的第一个 字符时，申请一个缓冲区，并开始接收后继字符，同时存入缓冲区。收完一帧信 息后，按信息模式，检查长度和尾字符来判断该数据是否为有效数据，若有效则 置标志 图1 2s c i 接收中断处理程序 b 通信程序