基于TMS320VC5402的加速度式波浪传感器

　　1 引言

　　海浪观测是海洋调查的一项重要内容，近年来遥感测波仪的应用发展很快，在国外已应用于飞机和海洋卫星，因而为大面积快速提供精确的海浪信息开辟了更广阔的前景。波浪浮标是一种无人值守的能自动、定点、定时(或连续)地对海面波浪的高度、波浪周期及波浪传播方向等要素进行遥测的小型浮标测量系统。含两种型号：一种可测波浪传播方向，一种不带方向。该浮标的成功研制使我国成为国际上少数几个具有开发生产波浪方向浮标能力的国家之一。该成果拥有多项发明专利，其中扁椭球形浮标体及单U形环式系留结构、波高倾斜一体化传感器、抗碰撞能力强的多层复合型浮标体在国际上具有一定的技术创新性。当装有波浪传感器的浮标随波面起伏运动时，浮标内传感器输出反映波面升沉加速度变化的信号，对其进行二次积分处理，再对此信号进行处理，得到波高及波周期数据。通常波浪周期为2～30 s，模拟积分电路采用积分电容值则较大，这使得传感器体积比较大，而且模拟线路易受外界温度、湿度等因素影响，不便于调试。

　　数值积分要进行大量乘加运算，DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。TMS320C54x系列 DSP是TI公司为实现低功耗、高速实时信号处理而设计的16位定点数字信号处理器，具有高度的操作灵活性和运行速度，适用于嵌入式应用需要。

　　2 系统硬件电路设计

　　图1为加速度式波浪传感器的系统组成框图，该框图包括加速度传感器、抗混叠滤波器、A/D转换器、数字信号处理器、通讯接口、电源系统等部分。

　　高低精度的加速度传感器、微加速度计、加表，不同响应频率，各种精度。微机械结构，微型尺寸，可以直接焊接在PCB版上。可以测量重力加速度，可以测量动态冲击加速度，也可以应用加速度传感器来集成倾角处理系统，测试速度和振动。这里选用Freescale半导体公司生产的MMA1260EG型加速度传感器。该器件是一款低成本、小尺寸、硅电容式微机械加速度传感器，采用信号调理、温度补偿和自检等技术。MMA1260EG 的工作电压为5 V，测量范围为Z轴±1.5 g，灵敏度为1 200 mV/g。图2为MMA1260EG的应用电路。

　　常规波浪周期在2～30 s范围内，在A/D转换器采集间连接一低通滤波器作为抗混叠滤波器，A/D转换器选用TI公司的TLV2544。TLV2544是一款高性能、低功耗、高速、12位4通道串行CMOS A/D转换器，采用单电源工作，电压范围为2.7～5.5 V。该器件可为用户提供3个输入端和1个三态输出端的串行端口，为微处理器SPI串行端口提供方便的4线接口。