一種集供電管理的海洋監測通用數據采集器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于海洋監測領域，具體設及一種集供電管理的海洋監測通用數據采集 器。
【背景技術】
[0002] 21世紀，對海洋資源的探測與開發利用已經成為產業革命的前沿領域，是國家安 全、環境保護、資源開發和災害預警所不可缺少的基礎技術和信息獲取手段，為國家的發展 提供了新的背景，越來越多的國家將其列為重要課題。隨著當前海洋研究的深入和研究范 圍的擴大，海洋探測技術也在不斷的發展與改進，從傳統的調查船舶到如今先進的衛星遙 感、水下自主導航、海底原位觀測等。
[0003] 在實際的海洋監測中，無論是濱海觀測站、海洋監測浮標，還是海底觀測平臺、海 底觀測網觀測鏈，利用數據采集器，對傳感器進行合理的擴展、集成，對監測數據進行有效 地采集、處理，是所有海洋監測系統都需要設計和開發的重要內容，也是關系到海洋監測任 務能否長期可靠穩定運行的關鍵，尤其是在惡劣工作環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、多要素的長期同步監測，不僅需要考慮 工作環境和長期運行的要求，還需要考慮傳感器的數量、控制方法、供電管理，W及后期可 能的擴展集成，該對數據采集器的功能與性能提出了更高的要求。
[0005] 另外，經過多年的研究與發展，市面上通用的海洋傳感器種類繁雜，接口標準多 樣。常見的接口標準有數字量、模擬量、開關量、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監測功能的不同，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據采集器對傳感器的的兼容難度W及擴展復雜度。
[0006] 實際上，在開展各種海洋監測項目時，科研工作人員花費大量的時間與精力去開 發配套相關的軟件與硬件，該些工作內容接近但不盡相同。另外一些海洋觀測站在設備升 級改造、功能擴展增強、集成搭載新傳感器時，局限于原有數據采集器方案，只能采用重新 研發設計模式，額外花費人力物力財力，該同樣迫切需要開發一套通用性數據采集系統。
【發明內容】
[0007] (一）要解決的技術問題
[000引為了解決上述問題，本發明提出了一種集供電管理的海洋監測通用性數據采集 器。集傳感器供電管理于一體，有效兼容數字量、模擬量、開關量、脈沖量、頻率量等接口傳 感器，可W集成搭載水文、氣象、化學等海洋科學儀器，廣泛嵌入應用在濱海監測站、海洋監 測浮標、海底觀測平臺等系統建設中，能夠滿足在線觀測與自容監測的設計需要。在擴展集 成時，僅需增加或裁減相應的傳感器模塊、簡單的應用軟件配置即可完成，方便靈活。
[0009] (二）技術方案
[0010] 一種集供電管理的海洋監測通用數據采集器，包括：供電模塊、主從控制模塊、傳 感器模塊=部分組成；所述的供電模塊負責為主從控模塊與傳感器模塊提供能源供給；當 應用在在線觀測系統時，主要通過外接海底電纜進行中高壓能源供給；當應用在自容監測 系統時，主要通過外接電池組進行低壓能源供給；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場CAN總線通信，負責傳感器模塊管理與控制；傳感器 模塊兼容不同接口標準類型傳感器，負責傳感器數據傳輸與電源管理。
[ocm] 進一步的，所述的供電模塊選擇外部電壓輸入48V，采用48V/5V DC/DC轉換器、 48V/24V DC/DC轉換器為主從模塊供電；提供多路并聯48V輸入為傳感器模塊供電。
[0012] 進一步的，所述的傳感器模塊兼容數字量、模擬量、開關量、脈沖量接口傳感器，對 常見的水文、氣象、化學等海洋科學儀器均可搭載，在擴展集成時，增加或裁減相應的傳感 器模塊、應用軟件配置。
[0013] 進一步的，所述的傳感器模塊主要承擔傳感器電源管理與數據透明傳輸，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協議轉換與電源控制兩部分，是由可W擴展的CAN總線協議轉換器和適應于不 同傳感器供電電壓的帶有Ctrl端的DC/DC轉換器組成；軟件程序負責將不同接口數據轉 化成CAN數據包轉發，其采用AVR 8位微處理器AT90CAN128,內置128K字節的可重復編程 FLA甜、4K字節的邸PR0M、4K字節的內部SRAM。
[0014] 進一步的，所述的主從控模塊軟硬件設計類似；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200MHz，系統資源SDRAM 64M、 NandFlash 512M，底板則很據應用進行適當裁剪設計，保留必要接口電路；其軟件部分采用 主從備份冗余機制，均負責傳感器電源管理控制、數據采集處理、工作狀態監控。
[0015] 進一步的，所述的主從備份冗余機制當主控系統工作時，默認通過內部W太網絡 與從控系統通信，當故障發生時從系統接收對方屯、跳包超時，自動進行異常檢錯判斷，通過 CAN總線進行迂回識別，判斷當前網絡狀況W及主系統工作狀況，從而接管系統運行控制 權。
[0016] (S)有益效果
[0017] 本發明提出的一種集供電管理的海洋監測通用性數據采集器，相比傳統數據采集 器，系統整體集成度更高、獨立性更強、配置更加靈活方便。綜合目前國內外海洋監測常用 傳感器類型、數據采集和控制方法，在通用性、可靠性、可擴展性等方面都具有很高的優勢， 能夠滿足絕大多數海洋監測任務的需要，該海洋監測通用性數據采集器主要有W下技術優 點：
[0018] (1)采用模塊化處理方式，針對所搭載傳感器設計獨立的傳感器模塊，各模塊集供 電管理與數據采集于一體，不需要額外處理傳感器電源管理，模塊之間軟硬件設計類似，系 統在通用性、可擴展性、穩定可靠性具有一定的技術優勢。
[0019] (2)在充分考慮目前海洋監測領域常用傳感器類型前提下，該數據采集器可靈活 兼容數字量、模擬量等接口標準傳感器，對水文、氣象、化學等海洋科學儀器均可集成搭載， 并且擴展不再受傳感器數量限制。
[0020] (3)在一些海洋觀測站設備升級改造、功能擴展增強時，可W從傳統的重新研發設 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是本發明的整體結構示意框圖。
[0022] 圖2是本發明的供電模塊電路圖。
[0023] 圖3是本發明的傳感器模塊協議轉換示意圖。
[0024] 圖4是本發明的傳感器模塊電源管理示意圖。
[0025] 圖5是本發明的主從控模塊電路板示意圖。
[0026] 圖6是本發明的整體外觀圖W及內部構造示意圖。
[0027] 圖7是本發明的內部安裝示意圖。
【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測通用數據采集器，包括：供電模塊、主 從控制模塊、傳感器模塊=部分組成；所述的供電模塊負責為主從控模塊與傳感器模塊提 供能源供給；當應用在在線觀測系統時，主要通過外接海底電纜進行中高壓能源供給；當 應用在自容監測系統時，主要通過外接電池組進行低壓能源供給；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場CAN總線通信，負責傳感器模塊管 理與控制；傳感器模塊兼容不同接口標準類型傳感器，負責傳感器數據傳輸與電源管理。
[0029] 其中，采集器的構造包括內部安裝和外部框架，所述的外部框架負責固定供電模 塊、主控制模塊、傳感器模塊等，安裝硬件的模塊化設計可W使得配置與升級更具有靈活 性。其一側設計外接電源接口、RJ45 W太網接口、VGA接口，負責為內部控制系統提供能源 供給與數據傳輸通道，W及后期的人機交互顯示。另一側擴展至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行連接。所述的內部安裝采用類似于PC電腦主 板插卡方式，采用開放式結構，內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位置，外部連接電 源、網絡等插頭，內部連接主底板提供能源、數據等通道；主底板內部多路并聯電源輸入與 CAN總線電路，外部預留多路擴展插槽，可W根據實際監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，插槽接口提供標準電源、通信輸入與輸出定義，傳感器電源供給動力線與數據 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轉換器、48V/24V DC/DC轉換器為主從模塊供電；提供多路并聯48V輸出為傳感器模塊供電，通過48V/5V DC/ DC轉換器和MORSUN DCDC模塊為節點控制器供電。
[0031] 其中，所述的傳感器模塊包括兼容數字量、模擬量、開關量、脈沖量的接口傳感器， 在擴展集成時，增加或裁減相應的傳感器模塊、應用軟件配置。
[0032] 其中，所述的傳感器模塊主要承擔CAN協議轉換與電源管理，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 協議轉換與電源控制兩部分，是由可W擴展的CAN總線協議轉換器和適應于不同傳感器供 電電壓的帶有Ctrl端的DC/DC轉換器組成；軟件程序負責將不同接口數據轉化成CAN數 據轉發，其采用8位單片機的AVR 8位微處理器AT90CAN128,內置128K字節的可重編程 FLA甜、4K字節的邸PR0M、4K字節的內部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