在开发运用海洋的过程中，温度和深度扮演着十分重要的人物，这使它成为海洋观测中的要点观测目标。因长时刻地球改变或其他地舆要素改变引起海洋温度和深度的改变，这关系到近海资源的开发和运用[1]。因此,本文规划了一种大容量、高精度和低功耗的丈量温度和深度的体系以满意对其丈量的需求。该体系可以收集不同区域、不同深度水域环境要素的温度、压力，然后经过对压力进行剖析和一系列核算得到海洋深度。
1 体系整体规划
本体系选用Atmel公司的ATmega64单片机作为操控芯片，首要分为A/D数据收集部分、时钟守时操控部分以及数据存储部分。体系整体结构图如图1所示。ATmega64是根据增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微操控器。因为其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时刻，ATmega64的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，然后可以缓减体系在功耗和处理速度之间的对立。
本体系由CR123A 3 V锂电池供电,晶振为3.686 4 MHz，使体系功耗十分低；选用24位精度高、功耗低的AD7791模/数转化器，将收集到的温度和压力模仿量转化为数字量；选用带有I2C总线接口的、具有极低功耗的PCF8583作为时钟操控芯片,将采样时刻、采样距离、采样频率等写入PCF8583来操控单片机作业或休眠，大大降低了功耗；因为丈量收集时刻持久且收集数据量大，所以选用具有非易失性和读写速度快的大容量NAND存储器[2]。
2 体系电路剖析
AD7791是美国ADI公司推出的一种高分辨率24位模/数转化器材,精度高、功耗低，其灵敏的串行接口使AD7791可以很方便地与微处理器或移位寄存器相衔接。因为AD7791选用了和-差(∑-Δ)转化技能,使它不受噪声环境的影响,适用于宽动态规模、低频信号的丈量。所以温度收集电路和压力收集电路的A/D都选用AD7791。温度收集电路和压力收集电路都选用比值法的思维，避免了因电源电压不稳引起的漂移，大大进步了温度和压力的丈量精度。
2.1 温度收集电路
温度收集电路如图2所示。U1在温度收集电路中起到了电压跟从器的效果，Rt选用NTC热敏电阻，电阻R1和Rt及U1和AD7791由持平电压供电。由图2可知，Vo=VCC×Rt/(R1+Rt),AD7791输入电压AIN=Vo,参阅电压VREF=VCC。
输出码值为：Code=2N×Rt(AIN/VREF),选用电阻比值法核算出的温度AD值Code=2N×Rt/(R1/Rt),与电路供电电压无关，然后消除了因为电源电压不稳引起的漂移，进步了测温电路的精确度。如果把模仿地和数字地大面积直接相连，会导致相互搅扰。R2为0 ?赘电阻,相当于很窄的电流通路，可以有效地约束环路电流，使噪声得到按捺，进步电路的安稳性[3]。
测温电路经过固定电阻R1和热敏电阻Rt分压，得到热敏电阻的电压值;再经过电压跟从器，将AD收集到的热敏电阻的电压送给单片机进行数据剖析。
2.2 压力收集电路
压力传感器选用keller压力传感器，它是一种压阻式OEM压力传感器。当压力传感器上有压力发生时，电阻会发生形变，相对的两个电阻阻值变大，别的相对的两个电阻阻值变小，压力传感器两头电压不变。
只要电桥中心发生压差，即引起电桥输出电压的改变，发生的电压改变作为输出来反映压力的巨细。因为电桥输出的改变电压十分小，所以将压力改变值经过运算扩大器U6进行扩大，送入AD7791，再将得到的AD值送入单片机，压力收集电路如图3所示。
R8和U5构成恒流源，流过R8的电流I=VCC/R8。因为流过电桥两支路的电流持平,则V32=V3-V2=0.5I×(R9-R10)。U6起差分扩大的效果，其输出电压Vout=V32×G，G为扩大增益。信号扩大后送入AD7791进行模/数转化。输出码值为：Code=2N×(AIN/VREF),参阅电压VREF=VCC，AD7791输入电压AIN=Vout。
由核算得到Code=2N-1×(R9-R10)×G/R8，即经过比值法最终得到的AD值与电压的巨细无关，然后消除了电压改变引起的温漂，进步了体系的安稳性和压力收集数据的精度。
2.3 时钟操控电路
PCF8583是一个时钟操控芯片，带有256 B的静态RAM，运用I2C总线接口传输地址和数据。PCF8583带有内部32.768 kHz晶振，而且前8 B用于时钟、日历和计数功用；这以后的8 B可作为闹钟寄存器；剩下的240 B是自在RAM区，可用来寄存数据及其他标志位或采样距离等常数。
Y1为PCF8583供给安稳的32.768 kHz晶振，电路如图4所示。单片机经过I2C总线给PCF8583设定采样时刻、采样距离等采样参数。当 PCF8583 守时器计数溢出时，发生守时器溢出中止来操控单片机在采样、待机和休眠3种状况间转化，降低了功耗。
2.4 数据存储
因为该体系用于丈量海洋等恶劣环境，受客观要素影响，其投进和收回都很困难，而且要想观测的温度和深度信息精确有必要收集长时刻很多的数据，因此有必要要有大的数据存储容量来满意丈量需求。鉴于此，本体系选用三星公司的 K9F1G08,它是128 M×8 bit NAND Flash。K9F1G08由1 046个块组成， 每一个块包括64个页， 而一页是2 KB+64 B=2 048 B+64 B=2 112 B。K9F1G08以页为根本单元进行存储 ,以块为根本单元进行擦除,具有很快的写入和擦除速度,是一种比硬盘驱动器更好的存储设备。
单片机先将收集的数据放到本身RAM中，等数据到达一页时再存入K9F1G08，然后进步了时刻运用率，降低了体系功耗。
3 体系软件规划
体系软件首要完成了数据采样、数据存储、外部中止和守时中止操控等功用，主程序由中止操控作业在采样、休眠和待机3种状况，大大降低了体系功耗。程序流程图如图5所示。
2012年10月将此丈量体系投进到青岛中苑码头进行标定，该丈量体系被投进到码头水平面下8 m左右的当地进行采样。投进24 h后将丈量体系取出与核算机衔接，经过相应的后台软件将收集到的A/D数据从大容量存储器NAND读出，经过上述核算方法将温度、压力、深度算出并绘制成图。温度如图6所示，压力如图7所示，深度如图8所示。
经过对收集数据进行剖析，可得温度精度到达±0.002℃(ITS－90规范),深度传感器精度为满量程的0.05％，满意了高精度、低功耗的丈量要求。
本文介绍了温度和深度的丈量方法和作业原理，整个丈量体系功能牢靠，存储量大，功耗低，精确度高，因此在海洋温深丈量方面具有十分宽广的使用远景。
参阅文献
[1] 毕永良，孙毅，黄漠涛，等.海洋丈量技能研究进展与展望[J].海洋测绘，2004，24(3):65-7.
[2] 王盛安,龙小敏,陈俊昌,等.大容量快闪存储器在压力式波潮仪中的使用[J].外表技能与传感器, 2000(10):31-
32.
[3] 康华光.电子技能根底模仿部分[M].北京：高等教育出版社,1999.
[4] FOFONOFF N, MILLARD R. Algorithms for computation of fundamental properties of seawater[J].UNESCO Technical Papers in Marine Science,1983(44):1-53.
