海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋通訊監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體是一套海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，海洋自主觀測(cè)平臺(tái)獲取的海洋要素?cái)?shù)據(jù)向多樣化、高精度、大范圍方向發(fā)展，成為促進(jìn)海洋觀測(cè)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)時(shí)觀測(cè)的重要方式。其中利用拉格朗日法測(cè)流的海洋表層漂流浮標(biāo)由于其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低廉便于大范圍布放的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用，該類浮標(biāo)主要將位置數(shù)據(jù)信息通過(guò)衛(wèi)星或近岸無(wú)線信號(hào)傳輸給相應(yīng)數(shù)據(jù)接收端。目前用于這方面的定位系統(tǒng)有GPS、“北斗”、ARGOS等，衛(wèi)星通信系統(tǒng)有ARG0S、銥星、“北斗”，全球星等，上述通信系統(tǒng)均已開發(fā)出雙向通訊模塊，將其應(yīng)用于海洋表層漂流浮標(biāo)上，便于增強(qiáng)海洋觀測(cè)的靈活性，提高海洋觀測(cè)效率。
[0003]由于漂流浮標(biāo)定位及數(shù)據(jù)傳輸易受海洋環(huán)境(海浪遮擋)影響，同時(shí)考慮到其低成本、長(zhǎng)時(shí)間工作的設(shè)計(jì)要求，漂流浮標(biāo)長(zhǎng)期處于弱電弱信號(hào)狀態(tài)。如何提高數(shù)據(jù)傳輸成功率成為一個(gè)重要的問(wèn)題，對(duì)漂流浮標(biāo)硬件和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都提出新的設(shè)計(jì)要求。
[0004]目前國(guó)內(nèi)外海洋表層漂流浮標(biāo)應(yīng)用廣泛，建立起完整的海洋表層拉格朗日測(cè)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有利于提高數(shù)據(jù)利用率和數(shù)據(jù)檢索效率，便于數(shù)據(jù)共享，進(jìn)而降低觀測(cè)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一套海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括海面自由漂流的拉格朗日觀測(cè)平臺(tái)和岸基數(shù)據(jù)中心；所述海面自由漂流的拉格朗日觀測(cè)平臺(tái)包括漂流浮標(biāo)，所述漂流浮標(biāo)位于海洋表層；所述岸基數(shù)據(jù)中心包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、用戶計(jì)算機(jī)，所述衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站通過(guò)通訊衛(wèi)星接收漂流浮標(biāo)采集的數(shù)據(jù)并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器，所述數(shù)據(jù)中心服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫(kù)，所述用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控漂流浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0007]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述漂流浮標(biāo)的內(nèi)部模塊包括單片機(jī)、定位模塊、信息采集模塊、供電模塊、電源控制模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、信號(hào)傳輸模塊、磁感開關(guān)和控制端口，所述單片機(jī)通過(guò)集成控制電路板分別與定位模塊、信息采集模塊、供電模塊、電源控制模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、信號(hào)傳輸模塊、磁感開關(guān)和控制端口集成連接。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述用戶計(jì)算機(jī)還通過(guò)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器向漂流浮標(biāo)下達(dá)控制指令，更改漂流浮標(biāo)的工作模式；所述漂流浮標(biāo)的工作模式包括定位模塊、信息采集模塊的工作周期和信號(hào)發(fā)射周期的分別設(shè)定。
[0009]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述漂流浮標(biāo)內(nèi)部的工作過(guò)程為:所述漂流浮標(biāo)內(nèi)部時(shí)鐘按照最短計(jì)時(shí)周期喚醒單片機(jī)，所述單片機(jī)檢測(cè)是否進(jìn)入每日接收指令時(shí)間段、工作時(shí)間段或者發(fā)送時(shí)間段；若進(jìn)入每日接收指令時(shí)間段，則單片機(jī)控制通信模塊接收指令，否則按原設(shè)定工作模式工作，當(dāng)通信模塊在最短計(jì)時(shí)周期內(nèi)收到新指令，則改變工作模式，并按新設(shè)定工作模式工作，否則按原設(shè)定工作模式工作；若達(dá)到工作時(shí)間段，則單片機(jī)依次控制定位模塊和信息采集模塊采集數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)壓縮、存儲(chǔ)任務(wù)，然后依據(jù)工作模式所設(shè)定的發(fā)送時(shí)間，完成數(shù)據(jù)發(fā)送，否則讓系統(tǒng)休眠；若達(dá)到發(fā)送時(shí)間段，則由通信模塊發(fā)送存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)，然后清空存儲(chǔ)模塊中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，控制供電模塊讓系統(tǒng)休眠，否則直接控制供電模塊讓系統(tǒng)休眠。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述漂流浮標(biāo)內(nèi)部時(shí)鐘的最短計(jì)時(shí)周期為5min。
[0011]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述的海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作流程為:所述漂流浮標(biāo)內(nèi)置時(shí)鐘計(jì)時(shí)，負(fù)責(zé)喚醒單片機(jī)；所述單片機(jī)讀取指令采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)，然后按照指令通過(guò)無(wú)線電向通信衛(wèi)星發(fā)射數(shù)據(jù)；所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)通訊衛(wèi)星傳輸，由衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站接收，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)中心服務(wù)器根據(jù)預(yù)設(shè)協(xié)議自動(dòng)分析數(shù)據(jù)完整度，在確認(rèn)收到完整數(shù)據(jù)后，該數(shù)據(jù)在漂流浮標(biāo)內(nèi)存中被刪除，并進(jìn)行之前未成功發(fā)送數(shù)據(jù)的補(bǔ)發(fā)過(guò)程，補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)完整性被確認(rèn)后，該數(shù)據(jù)在漂流浮標(biāo)內(nèi)存中被刪除；所述數(shù)據(jù)中心服務(wù)器將接收到的完整數(shù)據(jù)解壓、合并、分類存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)時(shí)將漂流浮標(biāo)的位置顯現(xiàn)在電子地圖上；所述用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、下載數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)查看漂流浮標(biāo)電池電量和位移狀態(tài)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用海洋表層拉格朗日漂流浮標(biāo)作為海上自主觀測(cè)平臺(tái)定時(shí)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)通訊衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸，由衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站接收，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器；數(shù)據(jù)中心服務(wù)器確認(rèn)數(shù)據(jù)完整度后向漂流浮標(biāo)反饋，漂流浮標(biāo)刪除或補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)；用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器并經(jīng)上述流程的逆向過(guò)程向漂流浮標(biāo)下達(dá)控制指令，調(diào)整漂流浮標(biāo)工作模式；數(shù)據(jù)中心服務(wù)器建有數(shù)據(jù)庫(kù)，可自主進(jìn)行數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)、顯示，便于用戶計(jì)算機(jī)檢索數(shù)據(jù)并監(jiān)控漂流浮標(biāo)狀態(tài)。本發(fā)明可以進(jìn)行接收確認(rèn)和數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)等雙向溝通功能，有利于提高漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸成功率、漂流浮標(biāo)觀測(cè)效率和數(shù)據(jù)利用率，便于數(shù)據(jù)檢索與數(shù)據(jù)共享，降低觀測(cè)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的漂流浮標(biāo)內(nèi)部模塊框圖；
圖3是海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的漂流浮標(biāo)內(nèi)部電路連接圖；
圖4是海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的漂流浮標(biāo)的工作流程框圖；
圖5是海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例中，海洋表層拉格朗日測(cè)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括海面自由漂流的拉格朗日觀測(cè)平臺(tái)和岸基數(shù)據(jù)中心；海面自由漂流的拉格朗日觀測(cè)平臺(tái)包括大量海洋表層漂流浮標(biāo)，受到環(huán)境的限制，漂流浮標(biāo)為弱電弱信號(hào)，且其衛(wèi)星天線非?？拷Ｃ?，易受海浪和海流的影響；岸基數(shù)據(jù)中心包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、用戶計(jì)算機(jī)，衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站包括岸基天線及其配套設(shè)施、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及配套的數(shù)據(jù)傳輸和接收系統(tǒng)，通過(guò)通訊衛(wèi)星接收漂流浮標(biāo)所采集發(fā)送的數(shù)據(jù)并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心服務(wù)器，用戶計(jì)算機(jī)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)檢索數(shù)據(jù)，并可實(shí)時(shí)監(jiān)控漂流浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，用戶計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器向漂流浮標(biāo)下達(dá)控制指令，調(diào)整數(shù)據(jù)采樣和傳輸模式。因此，本系統(tǒng)可以進(jìn)行接收確認(rèn)和數(shù)據(jù)補(bǔ)發(fā)等雙向溝通功能。
[0016]請(qǐng)參閱圖2，漂流浮標(biāo)的內(nèi)部模塊包括單片機(jī)、定位模塊、信息采集模塊、供電模塊、電源控制模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、信號(hào)傳輸模塊、磁感開關(guān)和控制端口等，信息采集模塊包括溫度傳感器及其它傳感器，單片機(jī)通過(guò)集成控制電路板分別與定位模塊、信息采集模塊、供電模塊、電源控制模塊、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊、信號(hào)傳輸模塊、磁感開關(guān)和控制端口等集成連接，集成控制電路板上的控制電路以一定邏輯控制以上各組件。
[0017]單片機(jī)作為漂流浮標(biāo)內(nèi)部系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)時(shí)序控制及指令發(fā)送，為優(yōu)化本發(fā)明的實(shí)施效果，選用美國(guó)Silicon lab公司的C8051F系列單片機(jī)，此單片機(jī)技術(shù)成熟，工作電壓范圍寬，具備極低的功耗，可以通過(guò)控制電源控制模塊給其它模塊加斷電，串口采用RS232串口 ；定位模塊采用GPS定位模塊，定位精度分別可達(dá)2.5米，可為系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘的校準(zhǔn)提供精確絕對(duì)時(shí)間，該模塊按照單片機(jī)時(shí)序指令進(jìn)行定位并反饋位置信息至指定存儲(chǔ)模塊；溫度傳感器型號(hào)為DS18B20，測(cè)量范圍在-10?+85°C范圍以內(nèi)的精度為±0.5°C，也可選用PT100溫度傳感器，精度可達(dá)±0.10C ;供電模塊采用一組鋰亞硫酰氯高能電池，額定電壓為14.4V，可根據(jù)需要增加電池容量；通訊模塊采用北斗FH-BI24型，具有雙向通訊功能，具有北斗IC卡檢測(cè)、自檢、接收功率檢測(cè)等功能，北斗模塊與單片機(jī)之間的連接采用RS232的通訊方式。
[0018]請(qǐng)參閱圖3，漂流浮標(biāo)內(nèi)部的電路包括開關(guān)穩(wěn)壓芯片U1、存儲(chǔ)芯片U2、板對(duì)板連接器IC1、電源模塊IC2、單片機(jī)IC3、集成電路IC4、連接器P1、連接器P2、通訊