一種低頻電磁波探測器檢測儀的製作方法
2023-07-28 00:01:26
專利名稱：一種低頻電磁波探測器檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測儀設備，特別是涉及一種低頻電磁波探測器檢測儀。
背景技術：
低頻電磁波探測器是衛星有效載荷之一，其中檢測儀設備是低頻電磁波探測器有效載荷的重要組成部分之一，它為整個低頻電磁波探測器的研製和聯試提供了重要幫助，從而保證了低頻電磁波探測器有效載荷的研製進度和成功率。
低頻電磁波探測器的最終應用目標是探測等離子體的不穩定性及所激發的低頻電磁波；配合粒子探測，研究粒子的加熱、加速、擴散和沉降過程，測量地球外層空間，頻率為8Hz～10KHz的磁場擾動情況，其測量參數是空間電磁波在不同方向和不同頻率上的峰值參數。在衛星公用設備尚未研製出來之前，為了不影響研製任務的順利進行和單臺儀器的調試，有必要尋求一種解決方案，提前開發出一臺低頻電磁波探測器檢測儀設備，使之既能滿足低頻電磁波探測器研製任務的需要，又能在調試過程中幫助查找儀器軟硬體設計方面存在的問題。
由於低頻電磁波探測器在國內是首次上星項目，國內目前尚沒有這方面的研製記錄，對於低頻電磁波探測器的檢測，也未見有關文獻報導和專利申請，因此，低頻電磁波探測器和檢測儀設備的研製是一種開拓性的工作。檢測儀在低頻電磁波探測器研製過程中是必不可少的設備，若沒有它，低頻電磁波探測器的研製工作將無法開展，聯調測試實驗和野外定標實驗都將無法進行。
因此，為了提高低頻電磁波探測器有效載荷與衛星公用設備對接的成功率和工作的可靠性，就需要提供一種用於低頻電磁波探測器的檢測儀設備。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術無法完成低頻電磁波探測器的調試、驗證的不足，從而提供一種用於低頻電磁波探測器研製、調試、驗證的檢測儀設備。
為了達到上述目的，本發明採取的技術方案如下一種低頻電磁波探測器檢測儀，如圖1所示，包括
一中央處理器1，用於控制整個設備的正常工作、數據接收和發送、幀同步信號的產生、串口中斷使能，輸出數據採集信號；一定時計數器2，與所述中央處理器1連接，用於改變輸入晶振的頻率波形，產生不同周期的方波信號；至少兩個觸發器，分別為第一觸發器3和第二觸發器4，所述第一觸發器3與所述定時計數器2連接，用於控制復位信號產生的脈衝寬度，並輸出復位脈衝信號，所述第二觸發器4與所述定時計數器2和所述中央處理器1連接，用於控制幀同步信號產生的脈衝寬度；一個同步計數器5，與所述定時計數器2連接，用於倍頻所述定時計數器2的輸出信號；一個或門6，與所述同步計數器5和所述定時計數器2相連接，用於輸出時鐘信號；一個串並轉換計數器7，與所述中央處理器1連接，用於把串行輸入的科學數據依次轉換成供所述中央處理器1讀取的並行輸出數據；至少一個數據存儲器8，與所述中央處理器1連接，用於存儲接收和發送的科學數據；至少一個程序存儲器9，與所述中央處理器1連接，用於存儲最終的程序代碼；一個電源(圖中未示出)，用於為檢測儀上述各部件供電。
在上述技術方案中，更進一步地，該檢測儀設備還包括一個串口轉換電路10，與所述中央處理器1相連，用於把中央處理器輸出的數據信號電平轉換成與微機串口相兼容的電平。
在上述技術方案中，更進一步地，該檢測儀設備還包括至少一個差分轉換電路(圖中未示出)，所述差分轉換電路與所述第一觸發器3、所述第二觸發器4、所述或門6、所述串並轉換計數器7或所述中央處理器1連接，用於提供高效穩定的高低電平。
在上述技術方案中，更進一步地，所述電源包括一個交直流電壓轉換電路，用於把公共設施的交流電轉換成直流電供給檢測儀各部件。
在上述技術方案中，更進一步地，所述電源由乾電池組成。
本發明的低頻電磁波探測器檢測儀設備的工作過程為系統上電後，中央處理器初始化，同時初始化定時計數器輸出控制字中央處理器等待中斷產生，並通過定時器產生數據採集信號；定時計數器輸出三種不同周期的方波信號，分別經過同步計數器、第一觸發器、第二觸發器處理後輸出需要的信號；在中央處理器輸出信號的同時，串並轉換計數器讀取串行輸入的科學數據，然後啟動外部中斷使中央處理器讀取並保存；中央處理器把讀取的科學數據存放在片外RAM區中，根據中央處理器定時中斷T0來控制串口中斷的使能輸出，發送數據通過串口轉換電路直接上傳到微機。
在本發明中，所述中央處理器1可根據任務需要，採用其他種類型號的處理器，也可改變對定時計數器的初始化設置參數，根據任務需求產生不同周期的方波或脈衝信號。通過調節同步計數器和觸發器，能改變輸出信號的波形和脈寬。數據存儲器和程序存儲器可選擇其他型號和不同容量大小的晶片。另外，外部供電在沒有電源和公共供電設施的情況下，也可以用乾電池來代替。
與現有技術相比，本發明的優點在於1)實現對於低頻電磁波探測器的全面檢測問題；2)本發明提供的低頻電磁波探測器檢測儀設備全部採用低功耗常用晶片，內置電壓轉換電路，在室內只需把電源輸入端接入220V交流電插座中，設備就可正常運行。在野外實驗或周圍沒有電源插座時，用+9V乾電池供電，設備也能正常運行；3)本發明具有節能、體積小、成本低、操作方便、便於攜帶、應用場合廣、輸出信號標準、實時性強、傳輸數據正確、無丟失等一系列特點，也可應用於衛星上同信號接口規範的其他有效載荷儀器。
圖1表示本發明的低頻電磁波探測器檢測儀設備的結構示意圖；圖2表示本發明的低頻電磁波探測器檢測儀設備的工作流程圖；圖3表示本發明檢測儀的一實施例輸出的各信號波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述作為實施例，參照圖1製作一個本發明的低頻電磁波探測器檢測儀。按照低頻電磁波探測器與公用設備接口協議，該檢測儀設備需要具有以下功能1)正確模擬公用設備所產生的復位脈衝信號、數據採樣信號、幀同步信號、時鐘信號。使低頻電磁波探測器在脫離公用設備之後，僅與檢測儀設備相連即可正常工作；2)實時接收低頻電磁波探測器發出的科學數據包，並把它通過串口正確發送到微機，供設計人員研究分析；
3)低頻電磁波探測器檢測儀設備要輕巧、功耗低、攜帶方便，必要時可用乾電池供電工作，以方便環境試驗聯調和野外定標實驗之用。
本實施例中，中央處理器1選用的是8032晶片，外部晶振輸入時鐘為10MHz。該晶片內部有3個獨立的定時器，其中定時器T2用作產生數據採集信號，定時器T1用作波特率發生器，定時器T0用作控制幀同步信號輸出和串口中斷使能。輸入數據的讀取在中央處理器外部中斷0中完成，數據發送在中央處理器串口中斷中完成。中央處理器外部中斷1由觸發器1產生的復位脈衝觸發，主要完成對定時器T0和幀同步信號個數的初始化設置。具體信號波形詳見附圖3所示。
定時計數器2選用的是82C54晶片。系統上電後，通過往82C54計數控制單元中寫入向量字，即可控制產生不同周期的方波信號。它可產生3路獨立的輸出信號，其中一路為周期3.8us的方波，一路為周期121.6us的方波，另一路為周期5.15s的方波。
第一觸發器3和第二觸發器4選用的是74HC123晶片。第一觸發器3把來自定時計數器2的周期為5.15s的方波信號，在上升沿經過觸發，即產生了周期為5.15s的復位脈衝信號，脈衝寬度靠電容和電位器進行調節。第二觸發器4把來自定時計數器2的周期為121.6us的方波信號，在上升沿經過觸發，即產生了周期為121.6us的幀同步信號，脈衝寬度靠電容和電位器進行調節，幀同步信號的個數是由中央處理器內部定時器T0的定時時間來決定的。
同步計數器5選用的是74HC163晶片。它把周期3.8us的方波輸入信號經過8倍頻後，與它本身相或即產生了系統所要求的時鐘信號。具體信號波形詳見附圖3所示。同步計數器5的輸入時鐘為3.8us的方波信號。
或門6選用的是74HC32晶片。
串並轉換計數器7選用的是74HC164晶片。它把串行輸入的科學數據，每8位轉換成一字節並行輸出，送往中央處理器1的P1埠。串並轉換計數器7的輸入時鐘為系統所要求時鐘信號的反向。
數據存儲器8選用的是RAM62256晶片，程序存儲器9選用的是27C64晶片。
串口轉換電路10選用的是MAX232晶片。它把中央處理器1串口輸出的數據信號電平轉換成與微機串口相兼容的信號電平，送往上微機11。
在本實施例中，電源中的電壓轉換晶片選用的是7805晶片；本實施例中包括五個差分轉換電路，分別與第一觸發器3、第二觸發器4、或門6、串並轉換計數器7和中央處理器1連接，用於提供高效穩定的高低電平；其中四個差分轉換電路都由三態異向緩衝器74HC240和三態同向緩衝器74HC244晶片組成，每個三態異向緩衝器74HC240和三態同向緩衝器74HC244晶片分別與第一觸發器3、第二觸發器4、或門6和中央處理器1產生的數據採集信號的輸出端相連接，各自生成正反兩路差分信號同時輸出，這樣使得該設備有8路信號輸出。另一個差分轉換電路選用的是邏輯比較器LM139晶片，它的輸出端與串並轉換計數器7的輸入端相連，把正反兩路差分信號轉換成單路輸入信號。本發明中的差分轉換電路不限於上述電路，也可以選用其他類似功能的晶片。
如圖2所示，本實施例的低頻電磁波探測器檢測儀設備的工作過程為1)把外部電源引入檢測儀設備，系統上電。
2)中央處理器對內部定時寄存器T0、T1、T2，中斷寄存器(包括定時中斷、外部中斷、串口中斷)和片外RAM區初始化。同時初始化定時計數器輸出控制字。
3)中央處理器等待中斷產生，並通過定時器產生數據採集信號。定時計數器輸出周期分別為3.8us、121.6us、5.15s的方波信號。
4)3.8us周期信號經同步計數器分頻後，與它本身相或即產生了所需的時鐘信號。
5)5.15s周期信號經觸發器1調節，即產生了所需的復位脈衝信號。
6)121.6us周期信號經觸發器2調節，即產生了所需的幀同步信號。其中幀同步信號的個數和有無，是靠中央處理器定時寄存器T0輸出來控制的。
7)在中央處理器輸出信號的同時，串並轉換計數器讀取串行輸入的科學數據，每8位轉換成一字節並行輸出，然後啟動外部中斷使中央處理器讀取並保存。
8)中央處理器把讀取的科學數據存放在片外RAM區中，根據中央處理器定時中斷T0來控制串口中斷的使能輸出，發送數據通過串口轉換晶片直接上傳到微機。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種低頻電磁波探測器檢測儀，特徵在於，包括一中央處理器(1)；一定時計數器(2)，與所述中央處理器(1)連接，用於改變輸入晶振的頻率波形，產生方波信號；至少兩個觸發器，分別為第一觸發器(3)和第二觸發器(4)，所述第一觸發器(3)與所述定時計數器(2)連接，用於控制復位信號產生的脈衝寬度，並輸出復位脈衝信號，所述第二觸發器(4)與所述定時計數器(2)和所述中央處理器(1)連接，用於控制幀同步信號產生的脈衝寬度；一個同步計數器(5)，與所述定時計數器(2)連接，用於倍頻所述定時計數器(2)的輸出信號；一個或門(6)，與所述同步計數器(5)和所述定時計數器(2)相連接，用於輸出時鐘信號；一個串並轉換計數器(7)，與所述中央處理器(1)連接，用於把串行輸入的科學數據依次轉換成供所述中央處理器(1)讀取的並行輸出數據；至少一個數據存儲器(8)，與所述中央處理器(1)連接，用於存儲接收和發送的科學數據；至少一個程序存儲器(9)，與所述中央處理器(1)連接，用於存儲最終的程序代碼；一個電源，用於為檢測儀各部件供電。
2.根據權利要求1所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，還包括一個串口轉換電路(10)，與所述中央處理器(1)相連，用於把中央處理器輸出的數據信號電平轉換成與微機串口相兼容的電平。
3.根據權利要求2所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，還包括至少一個差分轉換電路，所述差分轉換電路與所述第一觸發器(3)、所述第二觸發器(4)、所述或門(6)、所述串並轉換計數器(7)或所述中央處理器(1)連接，用於提供高效穩定的高低電平。
4.根據權利要求1所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，還包括至少一個差分轉換電路，所述差分轉換電路與所述第一觸發器(3)、所述第二觸發器(4)、所述或門(6)、所述串並轉換計數器(7)或所述中央處理器(1)連接，用於提供高效穩定的高低電平。
5.根據權利要求1所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，所述電源包括一個交直流電壓轉換電路，用於把交流電轉換成直流電供給檢測儀設備各部件。
6.根據權利要求1-4其中之任一項所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，所述電源由乾電池組成。
7.根據權利要求3所述的低頻電磁波探測器檢測儀設備，其特徵在於，包括五個差分轉換電路，五個所述差分轉換電路分別與所述第一觸發器(3)、所述第二觸發器(4)、所述或門(6)、所述串並轉換計數器(7)或所述中央處理器(1)連接，用於提供高效穩定的高低電平。
全文摘要
本發明公開了一種低頻電磁波探測器檢測儀，包括中央處理器、定時計數器、至少兩個觸發器、同步計數器、或門、串並轉換計數器、數據存儲器、程序存儲器、電源。本發明實現了對於低頻電磁波探測器的全面檢測問題，且具有節能、體積小、成本低、操作方便、便於攜帶、應用場合廣、輸出信號標準、實時性強、傳輸數據正確、無丟失等一系列特點，可應用於衛星上的有效載荷儀器。
文檔編號G01R29/08GK1959422SQ20051011716
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者華風雷, 張曉輝, 王拴榮 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心