CN100414308C - 一种低频电磁波探测器检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频电磁波探测器检测仪，包括：中央处理器、定时计数器、至少两个触发器、同步计数器、或门、串并转换计数器、数据存储器、程序存储器、电源。本发明实现了对于低频电磁波探测器的全面检测问题，且具有节能、体积小、成本低、操作方便、便于携带、应用场合广、输出信号标准、实时性强、传输数据正确、无丢失等一系列特点，可应用于卫星上的有效载荷仪器。

Description

一种低频电磁波探测器检测仪

技术领域

本发明涉及一种检测仪设备，特别是涉及一种低频电磁波探测器检测仪。

背景技术

低频电磁波探测器是卫星有效载荷之一，其中检测仪设备是低频电磁波探测器有效载荷的重要组成部分之一，它为整个低频电磁波探测器的研制和联试提供了重要帮助，从而保证了低频电磁波探测器有效载荷的研制进度和成功率。

低频电磁波探测器的最终应用目标是探测等离子体的不稳定性及所激发的低频电磁波；配合粒子探测，研究粒子的加热、加速、扩散和沉降过程，测量地球外层空间，频率为8Hz～10KHz的磁场扰动情况，其测量参数是空间电磁波在不同方向和不同频率上的峰值参数。在卫星公用设备尚未研制出来之前，为了不影响研制任务的顺利进行和单台仪器的调试，有必要寻求一种解决方案，提前开发出一台低频电磁波探测器检测仪设备，使之既能满足低频电磁波探测器研制任务的需要，又能在调试过程中帮助查找仪器软硬件设计方面存在的问题。

由于低频电磁波探测器在国内是首次上星项目，国内目前尚没有这方面的研制记录，对于低频电磁波探测器的检测，也未见有关文献报道和专利申请，因此，低频电磁波探测器和检测仪设备的研制是一种开拓性的工作。检测仪在低频电磁波探测器研制过程中是必不可少的设备，若没有它，低频电磁波探测器的研制工作将无法开展，联调测试实验和野外定标实验都将无法进行。

因此，为了提高低频电磁波探测器有效载荷与卫星公用设备对接的成功率和工作的可靠性，就需要提供一种用于低频电磁波探测器的检测仪设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术无法完成低频电磁波探测器的调试、验证的不足，从而提供一种用于低频电磁波探测器研制、调试、验证的检测仪设备。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种低频电磁波探测器检测仪，如图1所示，包括：

一中央处理器1，用于控制整个设备的正常工作、数据接收和发送、帧同步信号的产生、串口中断使能，输出数据采集信号；

一定时计数器2，与所述中央处理器1连接，用于改变输入晶振的频率波形，产生不同周期的方波信号；

至少两个触发器，分别为第一触发器3和第二触发器4，所述第一触发器3与所述定时计数器2连接，用于控制复位信号产生的脉冲宽度，并输出复位脉冲信号，所述第二触发器4与所述定时计数器2和所述中央处理器1连接，用于控制帧同步信号产生的脉冲宽度；

一个同步计数器5，与所述定时计数器2连接，用于倍频所述定时计数器2的输出信号；

一个或门6，与所述同步计数器5和所述定时计数器2相连接，用于输出时钟信号；

一个串并转换计数器7，与所述中央处理器1连接，用于把串行输入的科学数据依次转换成供所述中央处理器1读取的并行输出数据；

至少一个数据存储器8，与所述中央处理器1连接，用于存储接收和发送的科学数据；

至少一个程序存储器9，与所述中央处理器1连接，用于存储最终的程序代码；

一个电源(图中未示出)，用于为检测仪上述各部件供电；

还包括一个串口转换电路10，与所述中央处理器1相连，用于把中央处理器输出的数据信号电平转换成与微机串口相兼容的电平；

还包括至少一个差分转换电路(图中未示出)，所述差分转换电路与所述第一触发器3、所述第二触发器4、所述或门6、所述串并转换计数器7或所述中央处理器1连接，用于提供高效稳定的高低电平。

在上述技术方案中，更进一步地，所述电源包括一个交直流电压转换电路，用于把公共设施的交流电转换成直流电供给检测仪各部件。

在上述技术方案中，更进一步地，所述电源由干电池组成。

本发明的低频电磁波探测器检测仪设备的工作过程为：系统上电后，中央处理器初始化，同时初始化定时计数器输出控制字；中央处理器等待中断产生，并通过定时器产生数据采集信号；定时计数器输出三种不同周期的方波信号，分别经过同步计数器、第一触发器、第二触发器处理后输出需要的信号；在中央处理器输出信号的同时，串并转换计数器读取串行输入的科学数据，然后启动外部中断使中央处理器读取并保存；中央处理器把读取的科学数据存放在片外RAM区中，根据中央处理器定时中断T0来控制串口中断的使能输出，发送数据通过串口转换电路直接上传到微机。

在本发明中，所述中央处理器1可根据任务需要，采用其他种类型号的处理器，也可改变对定时计数器的初始化设置参数，根据任务需求产生不同周期的方波或脉冲信号。通过调节同步计数器和触发器，能改变输出信号的波形和脉宽。数据存储器和程序存储器可选择其他型号和不同容量大小的芯片。另外，外部供电在没有电源和公共供电设施的情况下，也可以用干电池来代替。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)实现对于低频电磁波探测器的全面检测问题；

2)本发明提供的低频电磁波探测器检测仪设备全部采用低功耗常用芯片，内置电压转换电路，在室内只需把电源输入端接入220V交流电插座中，设备就可正常运行。在野外实验或周围没有电源插座时，用+9V干电池供电，设备也能正常运行；

3)本发明具有节能、体积小、成本低、操作方便、便于携带、应用场合广、输出信号标准、实时性强、传输数据正确、无丢失等一系列特点，也可应用于卫星上同信号接口规范的其他有效载荷仪器。

附图说明

图1表示本发明的低频电磁波探测器检测仪设备的结构示意图；

图2表示本发明的低频电磁波探测器检测仪设备的工作流程图；

图3表示本发明检测仪的一实施例输出的各信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

作为实施例，参照图1制作一个本发明的低频电磁波探测器检测仪。按照低频电磁波探测器与公用设备接口协议，该检测仪设备需要具有以下功能：

1)正确模拟公用设备所产生的复位脉冲信号、数据采样信号、帧同步信号、时钟信号。使低频电磁波探测器在脱离公用设备之后，仅与检测仪设备相连即可正常工作；

2)实时接收低频电磁波探测器发出的科学数据包，并把它通过串口正确发送到微机，供设计人员研究分析；

3)低频电磁波探测器检测仪设备要轻巧、功耗低、携带方便，必要时可用干电池供电工作，以方便环境试验联调和野外定标实验之用。

本实施例中，中央处理器1选用的是8032芯片，外部晶振输入时钟为10MHz。该芯片内部有3个独立的定时器，其中定时器T2用作产生数据采集信号，定时器T1用作波特率发生器，定时器T0用作控制帧同步信号输出和串口中断使能。输入数据的读取在中央处理器外部中断0中完成，数据发送在中央处理器串口中断中完成。中央处理器外部中断1由触发器1产生的复位脉冲触发，主要完成对定时器T0和帧同步信号个数的初始化设置。具体信号波形详见附图3所示。

定时计数器2选用的是82C54芯片。系统上电后，通过往82C54计数控制单元中写入向量字，即可控制产生不同周期的方波信号。它可产生3路独立的输出信号，其中一路为周期3.8us的方波，一路为周期121.6us的方波，另一路为周期5.15s的方波。

第一触发器3和第二触发器4选用的是74HC123芯片。第一触发器3把来自定时计数器2的周期为5.15s的方波信号，在上升沿经过触发，即产生了周期为5.15s的复位脉冲信号，脉冲宽度靠电容和电位器进行调节。第二触发器4把来自定时计数器2的周期为121.6us的方波信号，在上升沿经过触发，即产生了周期为121.6us的帧同步信号，脉冲宽度靠电容和电位器进行调节，帧同步信号的个数是由中央处理器内部定时器T0的定时时间来决定的。

同步计数器5选用的是74HC163芯片。它把周期3.8us的方波输入信号经过8倍频后，与它本身相或即产生了系统所要求的时钟信号。具体信号波形详见附图3所示。同步计数器5的输入时钟为3.8us的方波信号。

或门6选用的是74HC32芯片。

串并转换计数器7选用的是74HC164芯片。它把串行输入的科学数据，每8位转换成一字节并行输出，送往中央处理器1的P1端口。串并转换计数器7的输入时钟为系统所要求时钟信号的反向。

数据存储器8选用的是RAM62256芯片，程序存储器9选用的是27C64芯片。

串口转换电路10选用的是MAX232芯片。它把中央处理器1串口输出的数据信号电平转换成与微机串口相兼容的信号电平，送往上微机11。

在本实施例中，电源中的电压转换芯片选用的是7805芯片；

本实施例中包括五个差分转换电路，分别与第一触发器3、第二触发器4、或门6、串并转换计数器7和中央处理器1连接，用于提供高效稳定的高低电平；其中四个差分转换电路都由三态异向缓冲器74HC240和三态同向缓冲器74HC244芯片组成，每个三态异向缓冲器74HC240和三态同向缓冲器74HC244芯片分别与第一触发器3、第二触发器4、或门6和中央处理器1产生的数据采集信号的输出端相连接，各自生成正反两路差分信号同时输出，这样使得该设备有8路信号输出。另一个差分转换电路选用的是逻辑比较器LM139芯片，它的输出端与串并转换计数器7的输入端相连，把正反两路差分信号转换成单路输入信号。本发明中的差分转换电路不限于上述电路，也可以选用其他类似功能的芯片。

如图2所示，本实施例的低频电磁波探测器检测仪设备的工作过程为：

1)把外部电源引入检测仪设备，系统上电。

2)中央处理器对内部定时寄存器T0、T1、T2，中断寄存器(包括定时中断、外部中断、串口中断)和片外RAM区初始化。同时初始化定时计数器输出控制字。

3)中央处理器等待中断产生，并通过定时器产生数据采集信号。定时计数器输出周期分别为3.8us、121.6us、5.15s的方波信号。

4)3.8us周期信号经同步计数器分频后，与它本身相或即产生了所需的时钟信号。

5)5.15s周期信号经触发器1调节，即产生了所需的复位脉冲信号。

6)121.6us周期信号经触发器2调节，即产生了所需的帧同步信号。其中帧同步信号的个数和有无，是靠中央处理器定时寄存器T0输出来控制的。

7)在中央处理器输出信号的同时，串并转换计数器读取串行输入的科学数据，每8位转换成一字节并行输出，然后启动外部中断使中央处理器读取并保存。

8)中央处理器把读取的科学数据存放在片外RAM区中，根据中央处理器定时中断T0来控制串口中断的使能输出，发送数据通过串口转换芯片直接上传到微机。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1. 一种低频电磁波探测器检测仪，特征在于，包括：

一中央处理器(1)；

一定时计数器(2)，与所述中央处理器(1)连接，用于改变输入晶振的频率波形，产生方波信号；

至少两个触发器，分别为第一触发器(3)和第二触发器(4)，所述第一触发器(3)与所述定时计数器(2)连接，用于控制复位信号产生的脉冲宽度，并输出复位脉冲信号，所述第二触发器(4)与所述定时计数器(2)和所述中央处理器(1)连接，用于控制帧同步信号产生的脉冲宽度；

一个同步计数器(5)，与所述定时计数器(2)连接，用于倍频所述定时计数器(2)的输出信号；

一个或门(6)，与所述同步计数器(5)和所述定时计数器(2)相连接，用于输出时钟信号；

一个串并转换计数器(7)，与所述中央处理器(1)连接，用于把串行输入的科学数据依次转换成供所述中央处理器(1)读取的并行输出数据；

至少一个数据存储器(8)，与所述中央处理器(1)连接，用于存储接收和发送的科学数据；

至少一个程序存储器(9)，与所述中央处理器(1)连接，用于存储最终的程序代码；

一个电源，用于为检测仪各部件供电；

还包括一个串口转换电路(10)，与所述中央处理器(1)相连，用于把中央处理器输出的数据信号电平转换成与微机串口相兼容的电平；

还包括至少一个差分转换电路，所述差分转换电路与所述第一触发器(3)、所述第二触发器(4)、所述或门(6)、所述串并转换计数器(7)或所述中央处理器(1)连接，用于提供高效稳定的高低电平。

2. 根据权利要求1所述的低频电磁波探测器检测仪设备，其特征在于，所述电源包括一个交直流电压转换电路，用于把交流电转换成直流电供给检测仪设备各部件。

3. 根据权利要求1所述的低频电磁波探测器检测仪设备，其特征在于，所述电源由干电池组成。

4. 根据权利要求1所述的低频电磁波探测器检测仪设备，其特征在于，所述的差分转换电路包括五个差分转换电路，五个所述差分转换电路分别与所述第一触发器(3)、所述第二触发器(4)、所述或门(6)、所述串并转换计数器(7)和所述中央处理器(1)连接，用于提供高效稳定的高低电平。

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