專利名稱：深海智能海量數據采集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及深海海底的定點探測技術領域，具體來說是一種深海智能海量數據采集裝置。
背景技術：
海洋監測技術主題是″十五″期間國家高技術研究發展計劃資源環境領域的四個主題之一。該主題的任務之一是針對我國開發海洋油氣資源和深海礦產資源的需求，開發一批技術含量高、具有自主知識產權的海洋資源開發關鍵技術，建立一批海洋高技術應用示范基地，初步形成我國海洋油氣勘探開發高技術創新體系，縮短我國海洋資源勘探開發技術與世界先進水平的差距。大洋海底礦產資源的研究與開發是世界各國充分展示綜合實力，爭取海洋權益、發展高新技術和發展外交與合作的綜合性活動。深海海底擁有著豐富的礦藏資源，生存著許多人類尚未了解的海洋生物和很多尚未探索的海底火山及地質變化。同時，深海海底的變化對全球氣候變化，以及人類造成的污染對其影響都是當前海洋研究中的重大課題。為了解這些變化規律，只有借助于先進的海底探測技術進行現場時空尺度的變化過程實時測量。傳統的海底取樣實驗室分析等探測方法已嚴重制約著人類對深海物理、化學、生物和地質變化規律的了解和研究。只有開發和探索新的深海探測技術和方法，才能推進深海海底研究的不斷發展。因此，對海洋的檢測尤其是深海海底探測有著及其重要的意義。
傳統的數據采集技術一般被廣泛應用于智能儀器、信號處理以及工業生產、自動化控制等領域。主要任務是將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移及角度等模擬量轉化為數字信號，再傳輸到計算機進行顯示、處理與記錄。然而，由于深海海底的特殊惡劣環境的限制，數據采集必須在無人職守的情況下完成，并且高壓環境下裝置要求耐壓、體積小。顯然傳統的基于PC的數據采集技術已不能勝任實際應用的需要。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種深海海底的定點智能海量數據采集裝置，以彌補已有技術的不足。
本實用新型包括深海海底定點觀測平臺及固定在其中心部位處的數據采集高壓艙，深海海底定點觀測平臺周邊上的傳感器和底部的供電直流電源，且數據采集高壓艙內固定有作為存儲模塊的上位機，與之相連接的至少一個下位機及與下位機連接的至少一只模擬輸入輸出模塊，以及與模擬輸入輸出模塊相連的包括兩只姿態傳感器和高壓艙外的至少一只模擬傳感器；所述的下位機還連接有至少一只與數字傳感器相連的數字輸入輸出模塊；所述的上位機的為型號為PCM7210的嵌入式微機，所述的下位機的為型號為ADAM5510可編程邏輯控制器，其中每只下位機都可連接多只模擬輸入輸出模塊和/或數字輸入輸出模塊。
圖1本實用新型的總體結構示意圖。
圖2本實用新型的硬件結構示意圖。
圖3本實用新型的數據采集程序流程圖。
其中1數據采集高壓艙 2傳感器 3定點觀測平臺 4直流電源5上位機 6下位機 7模擬輸入輸出模塊(模擬I/O模塊) 8數字輸入輸出模塊(數字I/O模塊) 9數字傳感器 10模擬傳感器 11姿態傳感器具體實施方式
如圖1、圖2，本實用新型包括深海海底定點觀測平臺3及固定在其中心部位處的數據采集高壓艙1，深海海底定點觀測平臺3周邊上的傳感器2和底部的供電直流電源4，且數據采集高壓艙1內固定有作為存儲模塊的上位機5，與之相連接的至少一個下位機6及與下位機6連接的至少一只模擬輸入輸出模塊7，以及與模擬輸入輸出模塊7相連兩只姿態傳感器11和高壓艙1外的至少一只模擬傳感器10。每只模擬輸入輸出模塊7可以掛連多達十六只模擬傳感器10。其中兩只姿態傳感器11是專門用于確定定點觀測平臺3的姿態參數，以作為后期數據分析的必要參數。
所述的下位機6還可連接至少有一只與數字傳感器9相連的數字輸入輸出模塊8。每只數字輸入輸出模塊8可掛接至少一只數字傳感器9，最多可達八只數字傳感器9。其中每只下位機6都可連接最多三只模擬輸入輸出模塊7和/或數字輸入輸出模塊8。
所述的上位機5的型號為PCM7210嵌入式微機；所述的下位機6的型號為ADAM5510可編程邏輯控制器。
上述模擬輸入輸出模塊7為ADAM5017，上述數字輸入輸出模塊8ADAM5090。
本實用新型的深海海底定點觀測平臺3是一個承載用的多邊形框架體，其上可掛接有多組模擬和/或數字傳感器，并固定一個數據采集高壓艙1和相應的直流電源4，高壓艙1是一個可密封的艙體，以方便深海定點長期觀測。整個裝置采用模塊化設計，包括作為存儲模塊的上位機5、作為采集模塊的下位機6和輸入輸出模塊7、8、作為探測頭的傳感器的三層體系結構，以滿足海底復雜海量信息的探測和存儲的要求。各模塊在技術上均應滿足深海海底測量、存儲的要求。其中上位機5的存儲功能可由一只嵌入式微機PCM7210實現，其上最多可插載256兆的永久存儲卡，可滿足至少一年以上的海量信息存儲要求；下位機6和輸入輸出模塊7、8的采集功能可由一只或多只的可掛接多只模擬輸入輸出模塊ADAM5517或數字輸入輸出模塊ADAM5090的可編程邏輯控制器ADAM5510來實現。各模塊之間采用通用的接口標準，數據傳輸迅速可靠。其中作為上位機的嵌入式微機PCM7210與下位機的可編程邏輯控制器ADAM5510之間使用串行通訊，即它們之間通過RS232口使用標準的DB9電纜線相連，根據事先約定的通訊協議及命令數據格式完成數據的傳輸與控制。多個模擬和/或數字輸入輸出模塊以總線方式連接到下位機上。總線連接方式具有傳輸速度快、實時性好等優點，并可掛接較多的輸入輸出模塊，滿足較多的采集數據種類的要求。
相應的多組傳感器對海底各種需觀測的溫度海流、和化學元素含量以及海底定點觀測平臺的姿態或方位等待測參量進行測量。其中作為測量姿態的模擬傳感器設置于數據采集高壓艙內，將所采集到的模擬量實時的傳送給模擬輸入輸出模塊，下位機根據事先設定的采集周期對模擬量進行定期的采樣，并將采樣得到數據在第一時間通過串行口傳送給上位機做永久存儲；作為測量其他參量的數字傳感器與數字輸入輸出模塊相連，下位機也以一定預先設定的采樣周期定期通過數字輸入輸出模塊向數字傳感器發送要求數據的請求，數字傳感器在接到數據請求后將采集到的數字化的數據反饋給下位機，下位機接受數據后依次傳送給上位機做永久存儲。數據采集的流程圖如圖3所示。首先，主程序開始運行，初始化將各傳感器對應的計時器清零并開始計時。一旦某個計時器到時，則轉入中斷處理子程序，讀取到時計時器所對應傳感器的ID，根據傳感器ID判斷其為模擬或數字傳感器。若為模擬傳感器，則直接讀取此傳感器ID代表的模擬傳感器數據及采樣時間，生成一條數據記錄。若為數字傳感器，則向傳感器ID所代表的數字傳感器發送數據請求命令。在接受到來自數字傳感器的數據或等待超時后，讀取采樣時間，生成一條數據記錄。然后，將生成的數據記錄發送給上位機，此傳感器ID對應計時器清零重新開始計時。返回到主程序，繼續等待下一個計時器到時，重復以上步驟。
本實用新型的優點在于可靠性高，對于各種已知或未知的干擾因素有很強的魯棒性。在深海海底定點探測過程中，只要電源正常供電就能保證數據的正常采集并安全的存儲。采用嵌入式微機以及各種低功耗電子器件，使系統的總能耗盡可能低，以適應海底耐高壓蓄電池的供電能力。采用安全可靠的海量數據存儲技術，存儲的數據斷電不丟失，并能滿足各種傳感器長期海量數據的存儲要求。擁有通用的數字和模擬數據采集接口，可以方便的掛接多種由不同開發者研制的傳感器。整個系統采用模塊化設計，結構合理實用，便于開發和維護。
權利要求1 一種深海智能海量數據采集裝置，其特征是包括深海海底定點觀測平臺(3)及固定在其中心部位處的數據采集高壓艙(1)，深海海底定點觀測平臺(3)周邊上的傳感器(2)和底部的供電直流電源(4)，且數據采集高壓艙(1)內固定有作為存儲模塊的上位機(5)，與之相連接的至少一個下位機(6)及與下位機(6)連接的至少一只模擬輸入輸出模塊(7)，以及與模擬輸入輸出模塊(7)相連的包括兩只姿態傳感器(11)和高壓艙(1)外的至少一只模擬傳感器(10)。
2 根據權利要求1所述的深海智能海量數據采集裝置，其特征是所述的下位機(6)上還連接至少有一只數字輸入輸出模塊(8)，且每只數字輸入輸出模塊(8)掛接至少一只數字傳感器(9)。
3 根據權利要求1所述的深海智能海量數據采集裝置，其特征是所述的上位機(5)的型號為PCM7210嵌入式微機。
4 根據權利要求1所述的深海智能海量數據采集裝置，其特征是所述的下位機(6)的型號為ADAM5510可編程邏輯控制器。
5 根據權利要求1所述的深海智能海量數據采集裝置，其特征是上述模擬輸入輸出模塊(7)為ADAM5017。
6 根據權利要求2所述的深海智能海量數據采集裝置，其特征是上述數字輸入輸出模塊(8)ADAM5090。
專利摘要本實用新型涉及一種深海智能海量數據采集裝置，其特征是它包括海底定點觀測平臺及固定在其中心部位處的數據采集高壓艙，海底定點觀測平臺周邊上的傳感器和直流電源，且數據采集高壓艙內固定有作為存儲模塊的上位機，與之相連的至少一個下位機及與下位機連接的至少一只與模擬傳感器相連的模擬輸入輸出模塊，以及與模擬輸入輸出模塊相連的包括兩只姿態傳感器高壓艙外的模擬傳感器；所述的下位機上還可連接至少有一只與數字傳感器相連的數字輸入輸出模塊。整個系統采用模塊化設計，結構合理實用，可靠性高，對各種干擾因素有很強的魯棒性，采用安全可靠的海量數據存儲技術，并能滿足各種傳感器長期海量數據的存儲要求。
文檔編號G08C19/00GK2800228SQ20052008308
公開日2006年7月26日 申請日期2005年5月14日 優先權日2005年5月14日
發明者唐功友, 曹志敏, 孫亮, 王海紅 申請人:中國海洋大學