基于msp430单片机的轴频电场测量系统研究

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1、第39卷第2期船海工程V01．39No．22010年4月SHIP&0CEANENGINEERINGApr．2010基于MSP430单片机的轴频电场测量系统研究蔡旭东。，方石，龚沈光(1．海军91388部队92分队，广东湛江524022；2．海军x-~3v．学兵器工程系，武汉430033)摘要：为较好地完成水中目标电场信号的测量，设计～套基于MSP430F169单片机的轴频电场测量系统，能解决测量中低功耗、低噪声等关键技术。系统具有便于携带、精度符合实际要求、性能可靠等特点。关键词：电场测量；MSP430F169；A

2、D转换中图分类号：U665；TP274文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)02—0093—04航行中的舰船所产生的电场包含了极其丰富电极，国外也有采用性能更好的碳纤维电极。电的频率成分，其能量主要集中在0．001～0．200极直角坐标图见图2。Hz的准静电场，1～7Hz的轴频电场，1041000在直角坐标系中，共Hz的工频及其倍频l】]。传统的电场数据获取主采用3对电极分别测量要局限于实验室测量，而海上试验所采用的方法电场的3个分量517(，是通过电缆将传感器所探测的信号传输给PC2)、(Uy1，

3、Uy2)、z机。实验设备过大，并且因人员安全因素而很难(，z)。每两个电极采集到复杂海况下的电场数据，同时也不利于携测量一个方向上的电位带。因此，进行基于MSP430单片机的电场测量差，电极对的间距为。图2电极直角坐标图系统的初步研究。该系统具有功耗较低、精度高、每个电极所测量的值即便于携带等特点。特别是在较为复杂的海况下，为该点的电位U，在实际测量中，各方向上电场强将其布放到测量海域，系统能自动测量环境及舰度可以近似表示为_1]：船电场。1硬件方案电极主要技术数据为：电场测量系统硬件组成见图1。电极接收舰内阻≤1

4、0kfl；比对电位±3mV；船以及环境干扰信号，经放大与滤波后进行A／D液位部流速≤0．05mL／lOmin；转换，最后由单片机采用相应的程序对信号进行电位偏差≤±4mV；稳定性±3mV／(7h)。处理并存储。1．2信号放大电路经过传感器获取的舰船所产生的电场信号是比较微弱的模拟信号，而且混入了噪声和干扰成图1系统硬件组成分，需要进行信号预处理，这就对系统的接收灵敏度提出了很高的要求。采用三运算放大器的仪器1．1传感器仪表放大器，具有极高的共模和差模输入阻抗、传感器采用噪声较低、稳定性好的Ag—AgC1很低的输出阻

5、抗、较高的共模抑制比以及精确稳定的增益。电路原理图见3。收稿日期：2009—04—27第一级的2个放大器工作在同相结构，他们修回日期：2009—06—03的闭环输入电阻较高，起高输人阻抗缓冲器的作作者简介：蔡旭东(1985)，男，硕士生。研究方向：军用目标特性，水中微弱电磁信号探测与用，第二级放大器构成输出级，具有很低的闭环输处理。出电阻。其放大倍数为：E-mail：cxdcxd1985@163．cornA一[1+2(R3／R)](R2／R1)-~．50093第2期船海工程第39卷+3V75005000f

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27、—5000—7500图6输出信号llOO／900，＼>／迥700、埋I图3放大电路5O0l*4、3OO前端低噪声放大器的主要作用是放大传感器2000400060008000f／Hz检测到的微弱信号，降低噪声干扰，使其能够更好图7幅频特性地采集有效信号。1．4A／D转换1．3滤波电路传感器所感应到的信号既有舰船产生的电场A／D转换部分选用16位的一AA／D模信号，同时还有海洋环境本身的电场信号以及工数转换器——A／D7705。A／D770

28、5工作电压为频信号等无效的干扰信号。为了能够更好地对目2．7～3．3V，基准源外接2．5V，串行数据接口有标进行检测，提取信号特征，需要滤出背景噪声干片选信号、串行时钟输入SCLK、串行数据输扰信号。目标特征主要集中在7Hz以下，因此将入DIN、串行数据输出DOUT，状态信号接口[滤波器截止频率．设定为7Hz。采用有源低通。A／D转换器与单片机的连接见图8。二阶滤波器，设计电路见图4l3j。P20CSP2lSCLKMSP43OP22DRDYA／D7705VVP23DINP24DoUT图4有源低通二阶滤波器图8AD7

29、706与MSP430F169的连接在反馈电路中插入电阻R和电容Cc，以防止AD7705采用使用5线方式与MSP430单片机振荡。通过连接5个低通二阶滤波器形成1O阶滤进行连接引，将A／D的相应管脚与单片机P2端口波器，达到较好的滤波效果。在低通滤波电路前端进行连接，其中片选端应一直保持为有效低电加一高通滤波器，形成带通滤波器，获得单一方向平，确保AD处于工作