1、导言
波涛观测是海洋查询的一项重要内容，选用装有加速度式波涛传感器的波涛浮标是一种有用的波涛丈量办法。当装有波涛传感器的浮标随波面崎岖运动时，浮标内传感器输出反映波面升沉加速度改变的信号，对其进行二次积分处理，即可得到与波面崎岖高度改变成份额的信号，再对此信号进行处理，得到波高及波周期数据。加速度信号积分选用模仿积分电路，也可选用数值积分办法。一般波涛周期为2～30 s，模仿积分电路选用积分电容值则较大，这使得传感器体积比较大，并且模仿线路易受外界温度、湿度等要素影响，不便于调试，而选用数值积分办法则能有用战胜这些问题。
数值积分要进行很多乘加运算，DSP是一种适用于数字信号处理运算的微处理器，可用于完结各种实时快速的数字信号处理算法。TMS320C54x系列 DSP是TI公司为完结低功耗、高速实时信号处理而规划的16位定点数字信号处理器，具有高度的操作灵活性和运转速度，适用于嵌入式运用需求。因而，该规划选用TMS30VC5402型DSP作为数据处理器。
2、体系硬件电路规划
图1为加速度式波涛传感器的体系组成框图，该框图包含加速度传感器、抗混叠滤波器、A／D转换器、数字信号处理器、通讯接口、电源体系等部分。
加速度传感器是波涛传感器的核心部件，这儿选用Freescale半导体公司出产的MMA1260EG型加速度传感器。该器材是一款低本钱、小尺度、硅电容式微机械加速度传感器，选用信号调度、温度补偿和自检等技能。该器材已进行零g补偿和双极低通滤波等处理，然后简化了外嗣电路规划。MMA1260EG 的作业电压为5 V，丈量规模为Z轴±1．5 g，灵敏度为1 200 mV／g。图2为MMA1260EG的运用电路。
惯例波涛周期在2～30 s规模内，在A/D转换器收集间衔接一低通滤波器作为抗混叠滤波器，以去除高频信号搅扰。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，选用单电源作业，电压规模为2．7～5．5 V。该器材可为用户供给3个输入端和1个三态输出端的串行端口，为微处理器SPI串行端口供给便利的4线接口。
数字信号处理器TMS320VC5402供给高速、双向、多通道带缓冲串行端口McBSP，可与串行A／D转换器直接衔接。每个BSP口作业在SPI办法和I／O办法。在SPI办法下，BSP口便于与遵从SPITM协议的串行设备相连。TMS320VC5402与TLV2544接口时，该器材作为SPI主设备向TLV2544供给串行时钟、指令和片选信号，完结无缝衔接，无需附加逻辑电路，其衔接电路如罔3所示。
TMS320VC5402是TI公司出产的性价比极高的16 bit定点数字信号处理器（DSP），操作速率可达100 MI／s，内部资源装备大大便运用户结构体系。TMS320VC5402装备有4 K×l6bit片内屏蔽式ROM（F000h～FFFFh）和16 K×l6 bit双存取的RAM（DARAM），其间4 K ROM中包含Bootloader程序。用户自行设计时，如程序容量不超越16 K，可运用器材内部资源。选用引导装载办法，以下降体系规划难度和本钱，加速规划进程。DSP的硬件根本电路包含电源电路、复位电路、时钟电路等。其间电源电路用双电源供电，内核电源CVDD选用1．8 V，I／O电源DVDD选用3．3 V。该电源电路由TPS73HD318完结，如图4所示。
图5为MAX706R完结的复位电路。而时钟电路运用TMS320VC5402内部振荡器，在其X1和X2／CLKIN引脚之直接一个晶体，用于发动内部振荡器。
通讯接口是经过SPI总线扩展，选用Maxim公司的MAX3100。MAX3100内置1个简略的UART，带SPI接口的波特率发生器和1个中止发生器，经过“写结构寄存器”设定波特率、字长、校验、8字节接纳FIFO，挑选通用UART或Ir-DA，操控封闭状况和4个中止使命。图6为UART电路，图中MAX3221为电平转换器。
3、 体系软件规划
体系软件规划选用MATLAB-DSP体系级集成环境，即在MATLAB共同环境下完结概念规划、模仿／仿真、方针代码发生、运转和调试。运用MATLAB-DSP体系级开发环境极大节省了耗费在编程和批改过错方面的时刻，加速了规划进程。 MATLAB-DSP集成开发环境彻底改变以往的DSP规划办法。在此环境下可完结对方针DSP的操作，包含拜访DSP的存储器和寄存器等，运用 MATLAB的强壮东西剖析和可视化处理DSP存储器的数据，可直接把MATLAB程序生成DSP可执行的方针代码。
经过A／D收集得到的加速度数据首要经快速傅里叶改换改换为频域数据，在频域中二次积分后进行2～30 s的滤波，然后对数据进行快速傅里叶反改换重新得到时域数据，经标度改换后，经过串口输出数据，其处理流程如图7所示。
频域积分是一个十分有用的处理办法。频域二次积分的数值计算公式为：
式中，分别为下限和上限截止频率；X（k）为x（r）的傅里叶改换；△f为频率分辨率。
4、 测验成果
实验室运用波涛模仿标定设备标定以TMS320VC5402为处理器的加速度式波涛传感器，标定后的传感器波高丈量规模0～20 m、丈量误差±（0．3+5％×丈量值）m及波涛周期丈量规模2～20 s、丈量误差±0．5 s，契合波涛浮标行业标准要求。以TMS320VC5402为处理器的加速度式波涛传感器与运用模仿积分器的波涛传感器进行比照测验，图8为装有模仿积分波涛传感器与数值积分波涛传感器的波涛浮标在海上实验时得到的一组数据，从波形上看，选用数值积分的加速度传感器（实线）得到与原先运用模仿积分器的传感器（虚线）较共同的数据。经实验室和现场测验标明：选用TMS320VC5402完结的根据频域积分算法的加速度式波涛传感器的规划可行。
5、 定论
这种根据频域数值积分的加速度式波涛传感器调试简略，稳定性高，体积小，已将该加速度式波涛传感器运用于波涛浮标中，代替从前的模仿积分式波涛传感器，丈量波涛的波高及波周期。
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