CN103092257A - 一种自适应触发同步控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应触发同步控制装置，属于水声设备领域。所述装置包括电源模块、输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器；其中电源模块与输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器连接；输入模块、通信模块、存储模块、输出模块均与微处理器连接；可接收2路外部1PPS秒脉冲，具有三种工作模式，可选择其中一种工作模式工作，输出多路同步脉冲；所述控制装置具有自适应输出功能，避免了因输入基准中断而无脉冲输出，导致声学设备相互影响或无法工作的情况。

Description

一种自适应触发同步控制装置

技术领域

本发明涉及一种自适应触发同步控制装置，属于水声设备领域。

背景技术

随着水声技术的发展，多平台联合作业将成为未来湖海上作业的重要形式之一，在同一水域将不可避免的存在多种声学设备同时工作。但由于水声信号的实际可用频率带宽有限，很多声学设备的中心频率和带宽相同，同时工作时容易误收其他设备的发射信号或反射信号，而淹没其真实信号，引起设备间的相互干扰。为了让同一平台内各种声学设备能同时正常工作，必须对这些设备的发射波形进行合理设计，以减少它们之间的相互干扰。目前解决声学设备水下声兼容问题的主要方法是采用频分法和发射波形优选法，频分法是事先将不同设备发射信号的频率分配到预定的、互不重叠的频段内以达到他们之间互不干扰的目的，但由于水声信号的可用频率带宽有限，这种方法受到了一定的限制。考虑到这一限制，可以采用同频延时或分频延时的方法输出同步脉冲触发声学设备，使其发射信号频率错开，避免相互间的干扰。

发明内容

本发明提供一种自适应触发同步控制装置，以外部输入的1PPS秒脉冲或内部生成的1PPS秒脉冲为基准，输出多路频率、脉宽和延时均可调的同步脉冲，应用于同一水域中同平台工作的不同声学设备上，可解决设备发射信号或接收信号之间的相互干扰、相互影响问题，提高设备的使用效果。

本发明的目的是这样实现的：

一种自适应触发同步控制装置，包括电源模块、输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器；

电源模块与输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器连接；输入模块、通信模块、存储模块、输出模块均与微处理器连接；

其中，电源模块的作用为，为输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器供电；

输入模块的作用为，与外部设备连接，将外部输入RS422秒脉冲转换为TTL秒脉冲，输出给微处理器；

通信模块的作用为，通过串口设置该控制装置的输出参数（包括工作模式、多路输出通道、各路输出脉冲的频率、脉宽和延时），用于实现控制装置与外部设备的通信；

存储模块的作用为，保存外部设置的输出参数；

微处理器的作用为，通过软件设计实现多路同步脉冲自适应输出，并对输出脉冲进行检测，提高输出可靠性；

输出模块的作用为，对微处理器输出的多路同步脉冲进行信号转换。

所述控制装置可接收2路外部1PPS秒脉冲，具有三种工作模式，可选择其中一种工作模式工作，输出多路同步脉冲；其中模式1是以外部设备1产生的标准1PPS秒脉冲作为同步输出基准；模式2是以外部设备2产生的1PPS秒脉冲作为同步输出基准；模式3是以微处理器中定时器产生的1PPS秒脉冲作为同步输出基准；所述控制装置具有自适应触发功能，如果选择模式1或2，当外部设备输入的1PPS秒脉冲中断时，可自动切换到模式3，继续按设置参数输出同步脉冲，当外部设备产生的1PPS秒脉冲恢复时可自动恢复到模式1或2。

一种自适应触发同步控制方法，具体步骤如下：

步骤一、进行微处理器初始化

开启电源模块，给装置上电后，微处理器中的软件执行初始化，实现微处理器中各寄存器、中断、定时器、计数器、IO口、串行口、变量的配置和初始化。

步骤二、进行参数预置

微处理器对存储模块中保存的数值进行读取和判断，若其有效则作为微处理器的输出参数；所述输出参数依次为工作模式、输出通道、第一路的输出频率、脉宽和延时、第二路的输出频率、脉宽和延时、第三路的输出频率、脉宽和延时、第四路的输出频率、脉宽和延时。

步骤三、进入中断

判断步骤一中设置的中断是否到达，如到达，接步骤四；如没有到达，微处理器等待，直至中断到达。

步骤四、进行同步脉冲输出

同步脉冲输出是结合微处理器中的外部中断0、1和定时器0实现的：输入模块为引脚INTO、INT1提供输入电平作为同步输出基准；

若设置的工作模式为模式1，当引脚INTO接收到的电平为低电平时启动外部中断0，并在进入外部中断0后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为1；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0。

若设置的工作模式为外部模式2，当引脚INT1接收到电平为低电平时启动外部中断1，并在进入外部中断1后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为2；

若设置的工作模式为内部模式，则启动定时器0；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0。

当设置的工作模式为外部模式1或2时，启动定时器0后，设置定时器计数周期为0.1ms，计数初值为0，每过0.1ms计数加1，按输出脉冲的标识输出同步脉冲，当设置的延时参数非0时，若计数小于设置的延时对应的计数个数时，输出脉冲标识为0；若计数等于设置的延时对应的计数个数时，计数清零，延时变为0，输出脉冲标识为1；当设置的延时为0时，输出标识为1，判断计数；若计数小于设置的脉宽对应的计数个数时，输出脉冲标识为1，计数加1，继续判断计数是否小于脉宽个数；当计数等于设置的脉宽对应的计数个数时，输出脉冲标识变为0；判断计数是否小于频率对应的计数个数，若计数等于设置的频率对应的计数个数，输出脉冲标识变为1，计数清零；若计数大于10000，同时当参数设置的工作模式为1或2，说明模式1或2的输入的TTL秒脉冲中断，这时自动切换到内部模式，将计数清零，等待定时器计数时间到，计数加1进行循环判断。当引脚INT1或INT0接收到低电平的TTL秒脉冲时，重复步骤四；

将微处理器输出的四路TTL同步脉冲输入到输出模块后，转换为四路隔离输出的RS422秒脉冲，输出给外部设备。

步骤五、进行串口接收

在通信模块内设置输出参数，将输出参数发送给微处理器，微处理器中的串口缓冲区开始接收数据；当接收完成后，在通信模块内对接收的数据进行解析和判断，并将结果发送给微处理器：

如果判断结果为参数设置指令，接步骤六；

如果判断结果为自检指令，接步骤七。

步骤六、进行参数设置

微处理器向存储模块发出指令，在存储模块中执行参数保存，将串口接收到的数据保存到存储模块中；同时将参数设置指令中的数据作为同步输出的参数，执行步骤四中的同步脉冲输出。

步骤七、进行自检

在微处理器的定时器中对输出的多路同步脉冲进行输出检测，并将检测结果通过串口发送通信模块，再由通信模块发送给外部设备。

步骤八、等待下次中断

在微处理器中，当下次中断到达时，返回到步骤三，并执行步骤四~八。

有益效果

本发明提供一种自适应触发同步控制装置，从输出模块输出的多路同步脉冲可作为同一平台上同时工作的声学设备的外部触发信号，并对各路输出脉冲的延时进行设置和调整，可将同时工作的设备的工作频率有效错开，减小相互间的干扰，使其在同一平台上协调工作。该发明具有自适应输出功能，避免了因输入基准中断而无脉冲输出，导致声学设备相互影响或无法工作的情况。

附图说明

图1是本发明自适应触发同步控制装置的连接结构图。

图2是本发明自适应触发同步控制装置的工作流程图。

图3是本发明微处理器的连接结构图。

图4是本发明微处理器工作过程中同步脉冲输出的逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

实施例

如图1所示，自适应触发同步控制装置由电源模块、输入模块、存储模块、通信模块、微处理器和输出模块组成。其中电源模块分别与输入模块、通信模块、存储模块和微处理器连接，为上述模块供电；输入模块、通信模块、存储模块、输出模块均分别与微处理器连接，输出模块、通信模块均与外部设备连接。

其中，电源模块采用LM2576S芯片，用于给装置中其他元器件供电，该电源模块的输入电压为7V～40V，输出电压为+5V，外围电路中电感和电容的选择需满足该装置中所有元器件同时工作时的最大工作电流；

输入模块用于接收外部设备1或2产生的RS422A电平的1PPS秒脉冲，作为控制装置模式1或模式2下的同步输出基准；输入模块采用MAX485芯片将RS422电平转换为TTL电平；

通信模块采用MAX233芯片，实现外部设备与控制装置之间的RS232C串口通信，可通过串口设置控制装置的输出参数，包括工作模式、多路输出通道、各路输出的频率、脉宽和延时等参数，也可对微处理器发送输出脉冲自检指令并接收检测结果；

存储模块选用X25045芯片，该芯片为512Byte的E2PROM并同时具有看门狗功能，用于保存通过通信模块设置的输出参数，在下次上电时将最后一次保存的输出参数发送给微处理器，微处理器按保存的输出参数通过输出模块自主输出多路同步脉冲；

微处理器选用P89V51芯片，P89V51芯片上设有引脚XTAL1、XTAL2、INT0、INT1、TxD、RxD、RST、VCC和VSS，引脚XTAL1与11.0592MHz晶振一端的引脚连接，晶振另一端的引脚和XTAL2连接，引脚INT0用于接收模式1下由输入模块生成的TTL秒脉冲，引脚INT1用于接收模式2下由输入模块生成的TTL秒脉冲，引脚TxD和RxD分别与通信模块连接，引脚RST与存储模块连接，引脚VCC和VSS分别与电源模块输出的+5V电压和GND连接；引脚21~24分别与输出模块连接，实现四路频率、延时和脉宽均可调的TTL同步脉冲输出；为了提高控制装置的可靠性，微处理器可对输出的同步脉冲进行检测，判断是否按设置的频率输出，保证输出有效；

输出模块采用4片MAX1490A芯片，用于将微处理器输出的四路TTL同步脉冲转换为四路隔离输出的RS422秒脉冲，满足外部设备触发脉冲波形需求。

图2为自适应触发同步控制装置的工作方法，具体步骤如下：

步骤一、进行微处理器初始化

开启电源模块，给装置上电后，微处理器中的软件执行初始化，实现微处理器中各寄存器、中断、定时器、计数器、IO口、串行口、变量等的配置和初始化。

步骤二、进行参数预置

微处理器对存储模块中保存的数值进行读取和判断，若其有效则作为微处理器的输出参数；所述输出参数依次为工作模式、输出通道、第一路的输出频率、脉宽和延时、第二路的输出频率、脉宽和延时、第三路的输出频率、脉宽和延时、第四路的输出频率、脉宽和延时。

步骤三、进入中断

判断步骤一中设置的中断是否到达，如到达，接步骤四；如没有到达，微处理器等待，直至中断到达。

步骤四、进行同步脉冲输出

同步脉冲输出是结合微处理器中的外部中断0、1和定时器0实现的：输入模块为引脚INTO、INT1提供输入电平作为同步输出基准；

若设置的工作模式为模式1，当引脚INTO接收到的电平为低电平时启动外部中断0，并在进入外部中断0后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为1；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0。

若设置的工作模式为外部模式2，当引脚INT1接收到电平为低电平时启动外部中断1，并在进入外部中断1后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为2；

若设置的工作模式为内部模式，则启动定时器0；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0。

当设置的工作模式为外部模式1或2时，启动定时器0后，设置定时器计数周期为0.1ms，计数初值为0，每过0.1ms计数加1，按输出脉冲的标识输出同步脉冲（标识为1表示高电平，标识为0表示低电平），当设置的延时参数非0时，若计数小于设置（步骤二或步骤六中的输出参数）的延时对应的计数个数（延时/定时器计数周期）时，输出脉冲标识为0；若计数等于设置的延时对应的计数个数（延时/定时器计数周期）时，计数清零，延时变为0，输出脉冲标识为1；当设置的延时为0时，输出标识为1，判断计数；若计数小于设置（步骤二中的存储模块或串口发送的）的脉宽对应的计数个数（脉宽/定时器计数周期）时，输出脉冲标识为1，计数加1，继续判断计数是否小于脉宽个数；当计数等于设置（步骤二或步骤六中的输出参数）的脉宽对应的计数个数（脉宽/定时器计数周期）时，输出脉冲标识变为0；判断计数是否小于频率对应的计数个数，若计数等于设置（步骤二或步骤六中的输出参数）的频率对应的计数个数（1000/频率/定时器计数周期），输出脉冲标识变为1，计数清零；若计数大于10000，同时当参数设置的工作模式为1或2，说明模式1或2的输入的TTL秒脉冲中断，这时自动切换到内部模式，将计数清零，等待定时器计数时间到，计数加1进行循环判断。当引脚INT1或INT0接收到低电平的TTL秒脉冲时，重复步骤四；

将微处理器输出的四路TTL同步脉冲输入到输出模块后，转换为四路隔离输出的RS422秒脉冲，输出给外部设备。

步骤五、进行串口接收

在通信模块内设置输出参数，将输出参数发送给微处理器，微处理器中的串口缓冲区开始接收数据；当接收完成后，在通信模块内对接收的数据进行解析和判断，并将结果发送给微处理器：

如果判断结果为参数设置指令，接步骤六；

如果判断结果为自检指令，接步骤七。

步骤六、进行参数设置

微处理器向存储模块发出指令，在存储模块中执行参数保存，将串口接收到的数据保存到存储模块中；同时将参数设置指令中的数据作为同步输出的参数，执行步骤四中的同步脉冲输出。

步骤七、进行自检

在微处理器的定时器中对输出的多路同步脉冲进行输出检测，并将检测结果通过串口发送通信模块，再由通信模块发送给外部设备。

步骤八、等待下次中断

在微处理器中，当下次中断到达时，返回到步骤三，并执行步骤四~八。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自适应触发同步控制装置，其特征在于：包括电源模块、输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器；

电源模块与输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器连接；输入模块、通信模块、存储模块、输出模块均与微处理器连接；

其中，电源模块的作用为，为输入模块、通信模块、存储模块、输出模块和微处理器供电；

输入模块的作用为，与外部设备连接，将外部输入RS422秒脉冲转换为TTL秒脉冲，输出给微处理器；

通信模块的作用为，通过串口设置该控制装置的输出参数，用于实现控制装置与外部设备的通信；

存储模块的作用为，保存外部设置的输出参数；

微处理器的作用为，通过软件设计实现多路同步脉冲自适应输出，并对输出脉冲进行检测，提高输出可靠性；

输出模块的作用为，对微处理器输出的多路同步脉冲进行信号转换。

2.根据权利要求1所述的一种自适应触发同步控制装置，其特征在于：所述控制装置可接收2路外部1PPS秒脉冲，具有三种工作模式，可选择其中一种工作模式工作，输出多路同步脉冲；其中模式1是以外部设备1产生的标准1PPS秒脉冲作为同步输出基准；模式2是以外部设备2产生的1PPS秒脉冲作为同步输出基准；模式3是以微处理器中定时器产生的1PPS秒脉冲作为同步输出基准；所述控制装置具有自适应触发功能，如果选择模式1或2，当外部设备输入的1PPS秒脉冲中断时，可自动切换到模式3，继续按设置参数输出同步脉冲，当外部设备产生的1PPS秒脉冲恢复时可自动恢复到模式1或2。

3.一种自适应触发同步控制方法，所述过程采用如权利要求1所述的一种自适应触发同步控制装置，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、进行微处理器初始化

开启电源模块，给装置上电后，微处理器中的软件执行初始化，实现微处理器中各寄存器、中断、定时器、计数器、IO口、串行口、变量的配置和初始化；

步骤二、进行参数预置

微处理器对存储模块中保存的数值进行读取和判断，若其有效则作为微处理器的输出参数；所述输出参数依次为工作模式、输出通道、第一路的输出频率、脉宽和延时、第二路的输出频率、脉宽和延时、第三路的输出频率、脉宽和延时、第四路的输出频率、脉宽和延时；

步骤三、进入中断

判断步骤一中设置的中断是否到达，如到达，接步骤四；如没有到达，微处理器等待，直至中断到达；

步骤四、进行同步脉冲输出

同步脉冲输出是结合微处理器中的外部中断0、1和定时器0实现的：输入模块为引脚INTO、INT1提供输入电平作为同步输出基准；

若设置的工作模式为模式1，当引脚INTO接收到的电平为低电平时启动外部中断0，并在进入外部中断0后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为1；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0；

若设置的工作模式为外部模式2，当引脚INT1接收到电平为低电平时启动外部中断1，并在进入外部中断1后先关闭定时器0，再启动定时器0，保证输出的同步脉冲与输出基准同步，并设置输出基准标识为2；

若设置的工作模式为内部模式，则启动定时器0；对同步输出脉冲进行初始化：若设置的延时参数为0，则输出脉冲标识为1，若设置的延时参数非0，则输出脉冲标识为0；

当设置的工作模式为外部模式1或2时，启动定时器0后，设置定时器计数周期为0.1ms，计数初值为0，每过0.1ms计数加1，按输出脉冲的标识输出同步脉冲，当设置的延时参数非0时，若计数小于设置的延时对应的计数个数时，输出脉冲标识为0；若计数等于设置的延时对应的计数个数时，计数清零，延时变为0，输出脉冲标识为1；当设置的延时为0时，输出标识为1，判断计数；若计数小于设置的脉宽对应的计数个数时，输出脉冲标识为1，计数加1，继续判断计数是否小于脉宽个数；当计数等于设置的脉宽对应的计数个数时，输出脉冲标识变为0；判断计数是否小于频率对应的计数个数，若计数等于设置的频率对应的计数个数，输出脉冲标识变为1，计数清零；若计数大于10000，同时当参数设置的工作模式为1或2，说明模式1或2的输入的TTL秒脉冲中断，这时自动切换到内部模式，将计数清零，等待定时器计数时间到，计数加1进行循环判断；当引脚INT1或INT0接收到低电平的TTL秒脉冲时，重复步骤四；

将微处理器输出的四路TTL同步脉冲输入到输出模块后，转换为四路隔离输出的RS422秒脉冲，输出给外部设备；

步骤五、进行串口接收

在通信模块内设置输出参数，将输出参数发送给微处理器，微处理器中的串口缓冲区开始接收数据；当接收完成后，在通信模块内对接收的数据进行解析和判断，并将结果发送给微处理器：

如果判断结果为参数设置指令，接步骤六；

如果判断结果为自检指令，接步骤七；

步骤六、进行参数设置

微处理器向存储模块发出指令，在存储模块中执行参数保存，将串口接收到的数据保存到存储模块中；同时将参数设置指令中的数据作为同步输出的参数，执行步骤四中的同步脉冲输出；

步骤七、进行自检

在微处理器的定时器中对输出的多路同步脉冲进行输出检测，并将检测结果通过串口发送通信模块，再由通信模块发送给外部设备；

步骤八、等待下次中断

在微处理器中，当下次中断到达时，返回到步骤三，并执行步骤四~八。

Images