基于AVR单片机的船舶气象仪测试系统的设计与实现

摘要

浩瀚的海洋是孕育生命的摇篮，海洋开发和利用的前提是更好的观测和了解海洋环境。海洋环境监测包括海洋水文气象观测、海洋环境保护监测和海洋环境预报，它们是研究海洋、开发海洋和利用海洋的基础。随着现代信息技术、电子技术、计算机控制技术的飞速发展，海洋环境监测设备也得到了长足的进步。船舶气象仪是海洋环境监测的重要设备之一，利用其自身的各类传感器，能够实时、连续地测量出船舶所经过海域的各类气象要素，为船舶航行、抛锚以及靠港停泊提供安全保障。介于船舶气象仪的重要性，需要有一种测试系统来完成对船舶气象仪进行定期的综合检测，使得船舶气象仪能够长期保持良好的工作状态。
　　本课题致力于研制出模块化、可操作性强、便携性强、能够连续稳定工作的船舶气象仪测试系统。针对目前船舶气象仪的检测主要依靠人工排查的方法，本文应用先进的单片机技术和成熟的CAN总线技术，提出了基于AVR单片机的船舶气象仪测试系统。
　　本文依据需求分析和设计原则，提出了船舶气象仪测试系统的总体设计方案，并最终确定了以ATMEL公司生产的AT90CAN128作为本系统的主处理器芯片。本文的主要研究内容是详细阐述了本系统的研制过程。首先，给出了主要功能模块的电路设计，包括主机模块的主处理器与CAN总线接口电路设计、主机模块的主处理器与人机交互单元接口电路设计、主机模块的电源模块电路设计、检测气象仪模块的电路设计、检测传感器模块的电路设计;其次，根据CAN2.0规范，按照CAN2.0 B扩展标准协议，制定出适合本系统功能模块间CAN通信的具体报文;第三，依托WinAVR和AVR Studio软件开发平台，完成了本系统的所有源程序代码设计，并进行软件的下载、硬件在线仿真、调试;第四，按照本设计的功能要求，完成了对船舶气象仪测试系统的调试和验证工作，应用效果良好，达到了预期的设计目的。
　　最后，根据本次设计的实际研究成果，总结分析了船舶气象仪测试系统的特点，并对下一步研究工作进行了展望。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 本文课题背景

1．2 本课题的研究意义

1．3 国内外相关技术发展状况

1．4 课题的研究内容及应用关键技术

1．4．1 系统总体结构概述

1．4．2 本课题的主要研究内容

1．4．3 本课题应用的关键技术

2 船舶气象仪测试系统总体设计方案

2．1 需求分析

2．1．1 功能分析

2．1．2 接口分析

2．1．3 指标分析

2．2 设计原则

2．3 总体设计方案

2．3．1 主处理器芯片的选择

2．3．2 总体结构

3 船舶气象仪测试系统的硬件设计

3．1 主机模块的电路设计

3．1．1 主机模块硬件组成框图

3．1．2 主处理器与CAN总线接口电路

3．1．3 主处理器与人机交互单元接口电路

3．1．4 供电单元

3．2 检测气象仪模块的电路设计

3．2．1 检测气象仪模块硬件组成框图

3．2．2 检测气象仪模块电路实现

3．3 检测传感器模块的电路设计

3．3．1 检测传感器模块硬件组成框图

3．3．2 检测传感器模块电路实现

4 船舶气象仪测试系统的通信协议

4．1 CAN2．0规范

4．2 CAN 2．0 B协议帧格式

4．2．1 CAN 2．0 B标准帧格式

4．2．2 CAN 2．0 B扩展帧格式

4．3 通信报文的具体定义

4．3．1 模块ID号的具体定义

4．3．2 信息编号的具体定义

4．3．3 命令报文的具体定义

4．3．4 反馈报文的具体定义

5 船舶气象仪测试系统的软件设计

5．1 软件开发平台

5．2 主机模块的软件实现

5．2．1 主机模块的流程框图

5．2．2 主机模块的系统初始化

5．2．3 按键操作的处理程序

5．3 检测气象仪模块的软件实现

5．3．1 检测气象仪模块程序框图

5．3．2 检测气象仪模块的系统初始化

5．3．3 检测气象仪内部电路板的处理程序

5．4 检测传感器模块的软件实现

5．4．1 检测传感器模块程序框图

5．4．2 检测传感器模块的系统初始化

5．4．3 检测传感器模块的处理程序

6 船舶气象仪测试系统的调试和应用验证

6．1 主机模块的测试验证

6．2 检测气象仪模块的测试验证

6．3 检测传感器模块的测试验证

6．4 系统验证结果

7 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果