一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用數(shù)據(jù)采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于海洋監(jiān)測領(lǐng)域，具體設(shè)及一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用數(shù)據(jù)采集 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 21世紀(jì)，對海洋資源的探測與開發(fā)利用已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)革命的前沿領(lǐng)域，是國家安 全、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和災(zāi)害預(yù)警所不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)和信息獲取手段，為國家的發(fā)展 提供了新的背景，越來越多的國家將其列為重要課題。隨著當(dāng)前海洋研究的深入和研究范 圍的擴大，海洋探測技術(shù)也在不斷的發(fā)展與改進(jìn)，從傳統(tǒng)的調(diào)查船舶到如今先進(jìn)的衛(wèi)星遙 感、水下自主導(dǎo)航、海底原位觀測等。
[0003] 在實際的海洋監(jiān)測中，無論是濱海觀測站、海洋監(jiān)測浮標(biāo)，還是海底觀測平臺、海 底觀測網(wǎng)觀測鏈，利用數(shù)據(jù)采集器，對傳感器進(jìn)行合理的擴展、集成，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效 地采集、處理，是所有海洋監(jiān)測系統(tǒng)都需要設(shè)計和開發(fā)的重要內(nèi)容，也是關(guān)系到海洋監(jiān)測任 務(wù)能否長期可靠穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，尤其是在惡劣工作環(huán)境和長期無人值守時。
[0004] 目前海洋探測越來越多的趨向于多參數(shù)、多要素的長期同步監(jiān)測，不僅需要考慮 工作環(huán)境和長期運行的要求，還需要考慮傳感器的數(shù)量、控制方法、供電管理，W及后期可 能的擴展集成，該對數(shù)據(jù)采集器的功能與性能提出了更高的要求。
[0005] 另外，經(jīng)過多年的研究與發(fā)展，市面上通用的海洋傳感器種類繁雜，接口標(biāo)準(zhǔn)多 樣。常見的接口標(biāo)準(zhǔn)有數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量、頻率量等，甚至格雷碼、變形碼輸出 等。并且各種傳感器根據(jù)監(jiān)測功能的不同，電壓范圍從5V至48V，功率范圍從幾W至幾十W， 甚至上百W不等。該些都無疑增加了數(shù)據(jù)采集器對傳感器的的兼容難度W及擴展復(fù)雜度。
[0006] 實際上，在開展各種海洋監(jiān)測項目時，科研工作人員花費大量的時間與精力去開 發(fā)配套相關(guān)的軟件與硬件，該些工作內(nèi)容接近但不盡相同。另外一些海洋觀測站在設(shè)備升 級改造、功能擴展增強、集成搭載新傳感器時，局限于原有數(shù)據(jù)采集器方案，只能采用重新 研發(fā)設(shè)計模式，額外花費人力物力財力，該同樣迫切需要開發(fā)一套通用性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問題
[000引為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用性數(shù)據(jù)采集 器。集傳感器供電管理于一體，有效兼容數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量、頻率量等接口傳 感器，可W集成搭載水文、氣象、化學(xué)等海洋科學(xué)儀器，廣泛嵌入應(yīng)用在濱海監(jiān)測站、海洋監(jiān) 測浮標(biāo)、海底觀測平臺等系統(tǒng)建設(shè)中，能夠滿足在線觀測與自容監(jiān)測的設(shè)計需要。在擴展集 成時，僅需增加或裁減相應(yīng)的傳感器模塊、簡單的應(yīng)用軟件配置即可完成，方便靈活。
[0009] (二）技術(shù)方案
[0010] 一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用數(shù)據(jù)采集器，包括：供電模塊、主從控制模塊、傳 感器模塊=部分組成；所述的供電模塊負(fù)責(zé)為主從控模塊與傳感器模塊提供能源供給；當(dāng) 應(yīng)用在在線觀測系統(tǒng)時，主要通過外接海底電纜進(jìn)行中高壓能源供給；當(dāng)應(yīng)用在自容監(jiān)測 系統(tǒng)時，主要通過外接電池組進(jìn)行低壓能源供給；所述的主從控模塊包括雙冗余的主控模 塊與從控模塊，與傳感器模塊通過現(xiàn)場CAN總線通信，負(fù)責(zé)傳感器模塊管理與控制；傳感器 模塊兼容不同接口標(biāo)準(zhǔn)類型傳感器，負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)傳輸與電源管理。
[ocm] 進(jìn)一步的，所述的供電模塊選擇外部電壓輸入48V，采用48V/5V DC/DC轉(zhuǎn)換器、 48V/24V DC/DC轉(zhuǎn)換器為主從模塊供電；提供多路并聯(lián)48V輸入為傳感器模塊供電。
[0012] 進(jìn)一步的，所述的傳感器模塊兼容數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量接口傳感器，對 常見的水文、氣象、化學(xué)等海洋科學(xué)儀器均可搭載，在擴展集成時，增加或裁減相應(yīng)的傳感 器模塊、應(yīng)用軟件配置。
[0013] 進(jìn)一步的，所述的傳感器模塊主要承擔(dān)傳感器電源管理與數(shù)據(jù)透明傳輸，通過CAN 總線與主從控模塊通信，通過信號線與動力線兼容接口與掛載傳感器通信；其硬件電路主 要包括CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換與電源控制兩部分，是由可W擴展的CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器和適應(yīng)于不 同傳感器供電電壓的帶有Ctrl端的DC/DC轉(zhuǎn)換器組成；軟件程序負(fù)責(zé)將不同接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 化成CAN數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，其采用AVR 8位微處理器AT90CAN128,內(nèi)置128K字節(jié)的可重復(fù)編程 FLA甜、4K字節(jié)的邸PR0M、4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM。
[0014] 進(jìn)一步的，所述的主從控模塊軟硬件設(shè)計類似；其硬件部分采用核屯、板加底板方 案，其核屯、板搭載處理器ATMEL AT91SAM9263,其主頻高達(dá)200MHz，系統(tǒng)資源SDRAM 64M、 NandFlash 512M，底板則很據(jù)應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)裁剪設(shè)計，保留必要接口電路；其軟件部分采用 主從備份冗余機制，均負(fù)責(zé)傳感器電源管理控制、數(shù)據(jù)采集處理、工作狀態(tài)監(jiān)控。
[0015] 進(jìn)一步的，所述的主從備份冗余機制當(dāng)主控系統(tǒng)工作時，默認(rèn)通過內(nèi)部W太網(wǎng)絡(luò) 與從控系統(tǒng)通信，當(dāng)故障發(fā)生時從系統(tǒng)接收對方屯、跳包超時，自動進(jìn)行異常檢錯判斷，通過 CAN總線進(jìn)行迂回識別，判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況W及主系統(tǒng)工作狀況，從而接管系統(tǒng)運行控制 權(quán)。
[0016] (S)有益效果
[0017] 本發(fā)明提出的一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用性數(shù)據(jù)采集器，相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集 器，系統(tǒng)整體集成度更高、獨立性更強、配置更加靈活方便。綜合目前國內(nèi)外海洋監(jiān)測常用 傳感器類型、數(shù)據(jù)采集和控制方法，在通用性、可靠性、可擴展性等方面都具有很高的優(yōu)勢， 能夠滿足絕大多數(shù)海洋監(jiān)測任務(wù)的需要，該海洋監(jiān)測通用性數(shù)據(jù)采集器主要有W下技術(shù)優(yōu) 點：
[0018] (1)采用模塊化處理方式，針對所搭載傳感器設(shè)計獨立的傳感器模塊，各模塊集供 電管理與數(shù)據(jù)采集于一體，不需要額外處理傳感器電源管理，模塊之間軟硬件設(shè)計類似，系 統(tǒng)在通用性、可擴展性、穩(wěn)定可靠性具有一定的技術(shù)優(yōu)勢。
[0019] (2)在充分考慮目前海洋監(jiān)測領(lǐng)域常用傳感器類型前提下，該數(shù)據(jù)采集器可靈活 兼容數(shù)字量、模擬量等接口標(biāo)準(zhǔn)傳感器，對水文、氣象、化學(xué)等海洋科學(xué)儀器均可集成搭載， 并且擴展不再受傳感器數(shù)量限制。
[0020] (3)在一些海洋觀測站設(shè)備升級改造、功能擴展增強時，可W從傳統(tǒng)的重新研發(fā)設(shè) 計模式中徹底擺脫出來，科研工作人員僅需花費少量的時間與精力去配置相關(guān)的軟件與硬 件即可，不需要花費過多的人力物力，運行成本大大降低。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意框圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的供電模塊電路圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明的傳感器模塊協(xié)議轉(zhuǎn)換示意圖。
[0024] 圖4是本發(fā)明的傳感器模塊電源管理示意圖。
[0025] 圖5是本發(fā)明的主從控模塊電路板示意圖。
[0026] 圖6是本發(fā)明的整體外觀圖W及內(nèi)部構(gòu)造示意圖。
[0027] 圖7是本發(fā)明的內(nèi)部安裝示意圖。
【具體實施方式】
[002引如圖1-7所示，一種集供電管理的海洋監(jiān)測通用數(shù)據(jù)采集器，包括：供電模塊、主 從控制模塊、傳感器模塊=部分組成；所述的供電模塊負(fù)責(zé)為主從控模塊與傳感器模塊提 供能源供給；當(dāng)應(yīng)用在在線觀測系統(tǒng)時，主要通過外接海底電纜進(jìn)行中高壓能源供給；當(dāng) 應(yīng)用在自容監(jiān)測系統(tǒng)時，主要通過外接電池組進(jìn)行低壓能源供給；所述的主從控模塊包括 雙冗余的主控模塊與從控模塊，與傳感器模塊通過現(xiàn)場CAN總線通信，負(fù)責(zé)傳感器模塊管 理與控制；傳感器模塊兼容不同接口標(biāo)準(zhǔn)類型傳感器，負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)傳輸與電源管理。
[0029] 其中，采集器的構(gòu)造包括內(nèi)部安裝和外部框架，所述的外部框架負(fù)責(zé)固定供電模 塊、主控制模塊、傳感器模塊等，安裝硬件的模塊化設(shè)計可W使得配置與升級更具有靈活 性。其一側(cè)設(shè)計外接電源接口、RJ45 W太網(wǎng)接口、VGA接口，負(fù)責(zé)為內(nèi)部控制系統(tǒng)提供能源 供給與數(shù)據(jù)傳輸通道，W及后期的人機交互顯示。另一側(cè)擴展至6路8針航空傳感器接口， 通過外接電纜信號線與動力線與傳感器進(jìn)行連接。所述的內(nèi)部安裝采用類似于PC電腦主 板插卡方式，采用開放式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部包括供電模塊電路板、主從控制模塊電路板、傳感器模 塊電路板、主底板等。其中供電模塊及主從控制模塊單獨安裝固定在一側(cè)位置，外部連接電 源、網(wǎng)絡(luò)等插頭，內(nèi)部連接主底板提供能源、數(shù)據(jù)等通道；主底板內(nèi)部多路并聯(lián)電源輸入與 CAN總線電路，外部預(yù)留多路擴展插槽，可W根據(jù)實際監(jiān)測需求更換傳感器模塊，一端位置 作為電源與CAN總線輸入，另一端8路傳感器連接輸出。傳感器模塊與其他模塊不需要額 外線路連接，插槽接口提供標(biāo)準(zhǔn)電源、通信輸入與輸出定義，傳感器電源供給動力線與數(shù)據(jù) 傳輸信號線通過主底板連接外部傳感器接口。
[0030] 其中，所述的供電模塊選擇外部電壓輸入48V，采用48V/5V DC/DC轉(zhuǎn)換器、48V/24V DC/DC轉(zhuǎn)換器為主從模塊供電；提供多路并聯(lián)48V輸出為傳感器模塊供電，通過48V/5V DC/ DC轉(zhuǎn)換器和MORSUN DCDC模塊為節(jié)點控制器供電。
[0031] 其中，所述的傳感器模塊包括兼容數(shù)字量、模擬量、開關(guān)量、脈沖量的接口傳感器， 在擴展集成時，增加或裁減相應(yīng)的傳感器模塊、應(yīng)用軟件配置。
[0032] 其中，所述的傳感器模塊主要承擔(dān)CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換與電源管理，通過CAN總線與主從 控模塊通信，通過信號線與動力線兼容接口與掛載傳感器通信；其硬件電路主要包括CAN 協(xié)議轉(zhuǎn)換與電源控制兩部分，是由可W擴展的CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器和適應(yīng)于不同傳感器供 電電壓的帶有Ctrl端的DC/DC轉(zhuǎn)換器組成；軟件程序負(fù)責(zé)將不同接口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAN數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，其采用8位單片機的AVR 8位微處理器AT90CAN128,內(nèi)置128K字節(jié)的可重編程 FLA甜、4K字節(jié)的邸PR0M、4K字節(jié)的內(nèi)部SRAM。
[0033] 其中，所述的主從控模塊包括硬件部分和軟件不分；其硬件部分采用核屯、板加底