專利名稱：一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可深入水下的環(huán)境監(jiān) 測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置。
背景技術(shù)：
我國是一個(gè)水域面積比較廣闊的國家，充分利用淡水、海水資源，進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì) 開發(fā)，同時(shí)要避免和減小洪澇帶來的經(jīng)濟(jì)損失，這都需要及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)水位等水文信息。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水下養(yǎng)殖、水下打撈、水下探測(cè)、水下?lián)屝?、水下旅游等水下活?dòng)越來越頻 繁，由于水下情況的未知性使得這些水下活動(dòng)具有一定的危險(xiǎn)性，這都使得安全可靠的采 集水下信息成為亟待解決的問題。傳統(tǒng)的水下信息采集方法主要有以下幾種方式其一是手持竹竿人工取樣方式， 此種方式精度差、操作難度大、勞動(dòng)強(qiáng)度高，尤其是汛期是危險(xiǎn)性高；其二是潛水取樣，此種 方式在近海作業(yè)時(shí)采用較為頻繁，除存在上述的缺點(diǎn)外，其采集成本高、采樣次數(shù)少、采集 數(shù)據(jù)不及時(shí)且受氣候影響大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可深入水 下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其成本低、數(shù)據(jù)檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確、布設(shè)維護(hù)方便且 使用安全、工作性能可靠、使用壽命長、智能化程度高，能有效解決傳統(tǒng)人工水下作業(yè)所存 在的安全隱患多、采集數(shù)據(jù)慢且不準(zhǔn)確、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等實(shí)際問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種一種可深入水下的環(huán)境監(jiān) 測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其特征在于包括外部殼體、布設(shè)在所述外部殼體上的水文 信息檢測(cè)單元和安裝在所述外部殼體內(nèi)部的電路板；所述電路板上設(shè)置有與水文信息檢測(cè) 單元相接的控制單元以及分別與控制單元相接的供電單元和射頻單元，控制單元和射頻單 元間通過數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元分別與控制單元和射頻單元 相接，所述射頻單元與地面基站間以無線通信方式進(jìn)行雙向通信；所述水文信息檢測(cè)單元 由多個(gè)傳感器組成且所述多個(gè)傳感器均與控制單元相接。所述多個(gè)傳感器包括對(duì)水壓信息進(jìn)行檢測(cè)的液位傳感器、對(duì)地形信息進(jìn)行檢測(cè)的 傾角傳感器和對(duì)溫度信息進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器。所述多個(gè)傳感器為鹽度傳感器和/或壓力傳感器。所述傳感器外側(cè)通過密封殼體進(jìn)行封裝且所述傳感器封裝在所述密封殼體的密 封腔內(nèi)，所述密封殼體包括密封管、密封套裝在密封管前部且內(nèi)部開有走線通道的走線管 和密封套裝在密封管后部的密封螺帽。所述密封管前端部與走線管的連接處以及密封管后端部與密封螺帽的連接處均 設(shè)置有0型密封圈，所述密封管上開有與密封腔相通的灌封口。所述供電單元包括與控制單元相接的供電電池和與供電電池相接的太陽能充電模塊，所述太陽能充電模塊設(shè)置在太陽能電池板上，且所述太陽能電池板安裝在所述外部 殼體上。
所述供電電池的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)供電電池均與由控制單元進(jìn)行控制的電源管 理模塊相接，所述電源管理模塊與控制單元相接。所述控制單元為雙核控制器。所述溫度傳感器的數(shù)量為多個(gè)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、設(shè)計(jì)合理且使用操作簡便。2、采用自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在使用過程中可根據(jù)實(shí)際情況靈活布設(shè)，快速 組網(wǎng)，具有布設(shè)維護(hù)簡單、操作安全，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，有效的解決了傳統(tǒng)人工作業(yè)所存 在的問題，本發(fā)明在水下活動(dòng)作業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。3、根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，可增改傳感器類型，本裝置可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合多種具體環(huán) 境下的實(shí)際應(yīng)用。4、數(shù)據(jù)檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確且數(shù)據(jù)傳輸速度快，工作性能可靠。5、功耗小，整個(gè)裝置在一套完善的低功耗模式下工作，控制單元和射頻單元只有 在短暫的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)處于正常工作模式，其余時(shí)間處于超低功耗模式并可根據(jù)需要切斷傳 感器的供電電源，保證系統(tǒng)以最低的功耗進(jìn)行工作。正常工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)之間的切換 靠射頻喚醒功能來實(shí)現(xiàn)?？刂茊卧鶕?jù)需求可定期進(jìn)入超低功耗狀態(tài)外，還可控制液位 傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器的電源進(jìn)行間歇式的切斷，并可控制射頻單元進(jìn)入休眠低 功耗狀態(tài)，在裝置電源由電池提供時(shí)，最大程度延長使用壽命。射頻單元數(shù)據(jù)傳輸模式為實(shí) 時(shí)和定時(shí)方式，定時(shí)時(shí)間可由基站方便設(shè)置。6、通過對(duì)供電電池進(jìn)行擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)可長時(shí)間“免維護(hù)”的功能，同時(shí)利 用太陽能電池板為電池組補(bǔ)充電量，每天只要滿足有兩小時(shí)的充電時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)長期的 免維護(hù)，從而解決了在特別惡劣的工作環(huán)境下，更換電池費(fèi)工、費(fèi)力、費(fèi)時(shí)等實(shí)際問題。同 時(shí)，由于電池的可浮充次數(shù)的限制，為了延長電池的使用壽命，太陽能充電模塊的充電對(duì)象 (多塊供電電池)由控制單元進(jìn)行控制，以兩個(gè)供電電池即A電池和B電池來進(jìn)行說明，實(shí) 際工作時(shí)以A電池為優(yōu)先使用的電池，在A電池的供電電壓低于10. 5V以后，控制單元將 系統(tǒng)供電電源切換至B電池，同時(shí)太陽能充電模塊對(duì)A電池進(jìn)行充電，當(dāng)B電池電壓低于 10. 5V以后，再切換至A電池。根據(jù)一組電池可以使用的時(shí)間，太陽能充電模塊只需要在這 段時(shí)間內(nèi)把電池充滿就可以滿足需要，如此便實(shí)現(xiàn)了長期免維護(hù)的目的。同時(shí)，由于水下 工作環(huán)境惡劣，為減少能耗，延長工作時(shí)間，本發(fā)明采用雙單片機(jī)控制技術(shù)，一片作為值更 CPU, 一片作為主CPU，分開供電，獨(dú)立執(zhí)行各自的功能其中值更CPU主要完成開關(guān)機(jī)、測(cè)量 系統(tǒng)自檢、串行通訊、電源監(jiān)視等功能；主CPU主要完成地址譯碼、數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸控制 等功能。綜上所述，本發(fā)明成本低、數(shù)據(jù)檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確、布設(shè)維護(hù)方便且使用安全、工作性 能可靠、使用壽命長、智能化程度高，能有效解決傳統(tǒng)人工水下作業(yè)所存在的安全隱患多、 采集數(shù)據(jù)慢且不準(zhǔn)確、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等實(shí)際問題。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明密封殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1-信息檢測(cè)單元；1-3-溫度傳感器；3-1-供電電池；5-射頻單元。6-3-走線管；6-6-灌封口。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括外部殼體、布設(shè)在所述外部殼體上的水文信息檢測(cè)單元1 和安裝在所述外部殼體內(nèi)部的電路板。所述電路板上設(shè)置有與水文信息檢測(cè)單元1相接的 控制單元2以及分別與控制單元2相接的供電單元3和射頻單元5，控制單元2和射頻單 元5間通過數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元4進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元4分別與控制單元2和 射頻單元5相接，所述射頻單元5與地面基站間以無線通信方式進(jìn)行雙向通信。所述水文 信息檢測(cè)單元1由多個(gè)傳感器組成且所述多個(gè)傳感器均與控制單元2相接。所述控制單元 2為雙核控制器。本實(shí)施例中，所述多個(gè)傳感器包括對(duì)水壓信息進(jìn)行檢測(cè)的液位傳感器1-1、對(duì)地形 信息進(jìn)行檢測(cè)的傾角傳感器1-2和對(duì)溫度信息進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器1-3。實(shí)際使用過程 中，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，增改水文信息檢測(cè)單元1中所包括傳感器的類型和數(shù)量，所述多 個(gè)傳感器還可以為鹽度傳感器和/或壓力傳感器。當(dāng)對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，加裝鹽度傳 感器；當(dāng)對(duì)水下爆炸壓力進(jìn)行遙測(cè)，使用壓力傳感器。所述溫度傳感器1-3的數(shù)量為多個(gè)。所述供電單元3包括與控制單元2相接的供電電池3-1和與供電電池3-1相接的 太陽能充電模塊3-2，所述太陽能充電模塊3-1設(shè)置在太陽能電池板上，且所述太陽能電池 板安裝在所述外部殼體上。所述供電電池3-1的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)供電電池3-1均與由控 制單元2進(jìn)行控制的電源管理模塊3-2相接，所述電源管理模塊3-2與控制單元2相接。結(jié)合圖2，所述傳感器外側(cè)通過密封殼體進(jìn)行封裝且所述傳感器封裝在所述密封 殼體的密封腔6-1內(nèi)，所述密封殼體包括密封管6-2、密封套裝在密封管6-2前部且內(nèi)部開 有走線通道的走線管6-3和密封套裝在密封管6-2后部的密封螺帽6-4。所述密封管6-2 前端部與走線管6-3的連接處以及密封管6-2后端部與密封螺帽6-4的連接處均設(shè)置有0 型密封圈6-5，所述密封管6-2上開有與密封腔6-1相通的灌封6-6。灌封時(shí)，通過灌封口 6-6向密封腔6-1內(nèi)注入玻璃膠。所述控制單元2對(duì)液位傳感器1-1、傾角傳感器1-2和溫度傳感器1-3的電源開關(guān) 狀態(tài)進(jìn)行控制，保證裝置的低功耗特性及運(yùn)行的靈活性。實(shí)際使用時(shí)，控制單元2利用A/D 接口接收液位傳感器1-1和溫度傳感器1-3的輸出檢測(cè)信息，且利用串行外設(shè)接口與傾角 傳感器1-2進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制單元2相應(yīng)對(duì)所有采集倒的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換處理后得到 準(zhǔn)確的水位、水下地形和水溫信息。1-1-液位傳感器；1-2-傾角傳感器；2-控制單元；3-供電單元；3-2-太陽能充電模塊；4-數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元； 6-1-密封腔；6-2-密封管；6-4-密封螺帽；6-5-0型密封圈；
實(shí)際使用時(shí)，本發(fā)明利用液位傳感器1-1、傾角傳感器1-2和溫度傳感器1-3對(duì)水 位、水下地形和水溫等水下信息進(jìn)行采集，通過控制單元2對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化處 理，實(shí)時(shí)檢測(cè)出所在水下位置的水文信息，并通過射頻單元5以無線通信方式把數(shù)據(jù)發(fā)送 至基站以進(jìn)行水下信息方面的檢測(cè)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其特征在于包括外部殼 體、布設(shè)在所述外部殼體上的水文信息檢測(cè)單元(1)和安裝在所述外部殼體內(nèi)部的電路 板；所述電路板上設(shè)置有與水文信息檢測(cè)單元⑴相接的控制單元⑵以及分別與控制單 元(2)相接的供電單元C3)和射頻單元(5)，控制單元( 和射頻單元( 間通過數(shù)據(jù)交互 及存儲(chǔ)單元(4)進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元(4)分別與控制單元( 和射頻單元(5) 相接，所述射頻單元( 與地面基站間以無線通信方式進(jìn)行雙向通信；所述水文信息檢測(cè) 單元(1)由多個(gè)傳感器組成且所述多個(gè)傳感器均與控制單元( 相接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其 特征在于所述多個(gè)傳感器包括對(duì)水壓信息進(jìn)行檢測(cè)的液位傳感器(1-1)、對(duì)地形信息進(jìn) 行檢測(cè)的傾角傳感器(1- 和對(duì)溫度信息進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器(1-3)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其 特征在于所述多個(gè)傳感器為鹽度傳感器和/或壓力傳感器。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝 置，其特征在于所述傳感器外側(cè)通過密封殼體進(jìn)行封裝且所述傳感器封裝在所述密封殼 體的密封腔(6-1)內(nèi)，所述密封殼體包括密封管(6-2)、密封套裝在密封管(6- 前部且內(nèi) 部開有走線通道的走線管(6-3)和密封套裝在密封管(6-2)后部的密封螺帽(6-4)。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其 特征在于所述密封管(6- 前端部與走線管(6-3)的連接處以及密封管(6- 后端部與 密封螺帽(6-4)的連接處均設(shè)置有0型密封圈(6-5)，所述密封管(6- 上開有與密封腔 (6-1)相通的灌封口(6-6)。
6.按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸 裝置，其特征在于所述供電單元⑶包括與控制單元⑵相接的供電電池(3-1)和與供電 電池(3-1)相接的太陽能充電模塊(3-2)，所述太陽能充電模塊(3-1)設(shè)置在太陽能電池板 上，且所述太陽能電池板安裝在所述外部殼體上。
7.按照權(quán)利要求6所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其 特征在于所述供電電池(3-1)的數(shù)量為兩個(gè)且兩個(gè)供電電池(3-1)均與由控制單元(2) 進(jìn)行控制的電源管理模塊(3- 相接，所述電源管理模塊(3- 與控制單元( 相接。
8.按照權(quán)利要求1、2或3所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝 置，其特征在于所述控制單元( 為雙核控制器。
9.按照權(quán)利要求2所述的一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，其 特征在于所述溫度傳感器(1- 的數(shù)量為多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可深入水下的環(huán)境監(jiān)測(cè)用無線數(shù)據(jù)采集及傳輸裝置，包括外部殼體、布設(shè)在外部殼體上的水文信息檢測(cè)單元和安裝在外部殼體內(nèi)部的電路板；電路板上設(shè)置有與水文信息檢測(cè)單元相接的控制單元以及與控制單元相接的供電單元和射頻單元，控制單元和射頻單元間通過數(shù)據(jù)交互及存儲(chǔ)單元進(jìn)行連接，射頻單元與地面基站間以無線通信方式進(jìn)行雙向通信；水文信息檢測(cè)單元由多個(gè)傳感器組成且所述多個(gè)傳感器均與控制單元相接。本發(fā)明成本低、數(shù)據(jù)檢測(cè)及時(shí)準(zhǔn)確、布設(shè)維護(hù)方便且使用安全、工作性能可靠、使用壽命長、智能化程度高，能有效解決傳統(tǒng)人工水下作業(yè)所存在的安全隱患多、采集數(shù)據(jù)慢且不準(zhǔn)確、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等實(shí)際問題。
文檔編號(hào)G01C13/00GK102052917SQ20091021853
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者吳曉華, 蒙海軍, 高濤 申請(qǐng)人:西安迅騰科技有限責(zé)任公司