在航海系統(tǒng)中，采用計程儀連續(xù)測量運動中船舶的速度并計算出船舶的累計航程。本文所設(shè)計的計程儀系統(tǒng)采用雙傳感器組合結(jié)構(gòu)，并結(jié)合微處理機技術(shù)(選用了MCS-51系列單片機及與之配套的專用接口芯片)，組成了計程儀專用計算機系統(tǒng)。儀器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，精度高，操作調(diào)整方便。它能方便地進行數(shù)字通訊；根據(jù)實際需要，也能發(fā)送速度的模擬信息，接口靈活，適應(yīng)了船舶控制與操作自動化的需求。
1 計程儀硬件設(shè)計
該計程儀系統(tǒng)由主儀器、電磁傳感器、壓差式傳感器、船底閥、導壓桿、可由用戶擴充的分顯示器和一套開關(guān)分配器等部分組成(圖1)。本系統(tǒng)的突出特點是采用了雙傳感器組合結(jié)構(gòu)：分別利用電磁傳感器和壓差式傳感器(利用貝努利方程原理)來測量船舶與水之間的相對運動速度，并由其計算與記錄船舶的航程。
1.1 技術(shù)性能
(1)測速范圍：-10節(jié)～+40節(jié)(量程更改可由程序設(shè)定)；(2)航速精度(測速場精度)：±0.20節(jié)；(3)航速發(fā)送形式：RS-485；(4)單次航程范圍：0～9999.99海里；(5)累計航程范圍：0～999999海里；(6)工作時間累計范圍：0～99999小時；(7)航程解算精度：±0.1％(負速度不計航程)。
1.2 主儀器工作原理
主儀器是一個以MCS-51單片微計算機為核心的專用微機系統(tǒng)，如圖2所示。它包括：直流電源裝置，鍵盤輸入與顯示裝置，及由CPU、EPROM、EEPROM及專用接口電路組成的單片機裝置。主儀器是計程儀的核心部分，其面板上裝有各種操作按鈕，用以控制整個儀器的運行，完成測速校正操作。
主儀器采用中斷方式實現(xiàn)雙傳感器的數(shù)據(jù)采集控制，其中定時器周期性地產(chǎn)生中斷信號申請中斷，中斷服務(wù)程序接收電磁傳感器和壓差傳感器輸出的電信號，然后A/D轉(zhuǎn)換裝置和I/F轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送至微機系統(tǒng)；按一定的計算公式進行數(shù)椐處理，并按調(diào)整后的曲線進行修正，以得到船舶的速度，再根據(jù)時間間隔的大小進行數(shù)值積分來求得航程。計算機將求得的航速信息以適當?shù)男问酵ㄟ^各相應(yīng)的接口電路送到各用戶和分顯示器，完成航速航程的顯示。計算機系統(tǒng)中的EEPROM可以永久性地保存諸如累計航程、累計工作時間、速度調(diào)整參數(shù)等結(jié)果。
1.3 主要芯片及其系統(tǒng)功能簡介
本系統(tǒng)中主要采用了AT89C55、ICL7109和AD652等芯片，簡介如下：
1.3.1 AT89C55
AT89C55芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位單片機。片內(nèi)主要有20KFlash存儲器、256字節(jié)片內(nèi)RAM，4個8位的雙向可尋址I/O口，1個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行接口、3個16位的定時器/計數(shù)器、多個優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。本系統(tǒng)中利用了AT89C55豐富的20K閃存資源永久保存測量中累計航程、累計工作時間等關(guān)鍵結(jié)果，并利用了其定時器計數(shù)器及中斷嵌套結(jié)構(gòu)實現(xiàn)雙傳感器的數(shù)據(jù)采集。
在本系統(tǒng)中，T0、T1均工作在計數(shù)方式，T0產(chǎn)生1s計數(shù)中斷，T1完成壓差傳感器轉(zhuǎn)換的頻率計數(shù)。INT0被用于按鍵中斷處理，TXD串行發(fā)送計程儀的速度信息，波特率為4800。X1、X2外接8MHz的石英晶體。P1口各位分別完成發(fā)送顯示碼、測速/航行判斷等功能，P2口部分參與地址譯碼，同時P0口分時輸出數(shù)據(jù)/地址低8位。
