專利名稱：近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋監(jiān)測系統(tǒng)，特別是一種近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系 統(tǒng)，主要應(yīng)用于實(shí)時、準(zhǔn)確地監(jiān)測近海海洋底層與缺氧現(xiàn)象密切相關(guān)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)等。
背景技術(shù)：
海洋底層海水溶解氧含量值< 2mg/L的水體缺氧現(xiàn)象，已成為全球主要的生態(tài)與 環(huán)境問題之一。近海特別是河口區(qū)域，大量營養(yǎng)鹽和有機(jī)質(zhì)的輸入一方面容易引發(fā)赤潮，另 一方面快速消耗了下底層海水中的溶解氧，其濃度逐漸降低后形成“低氧區(qū)”，嚴(yán)重的形成 “缺氧區(qū)”，又被稱為“死亡區(qū)”，不但魚、蝦和貝類無法在這些區(qū)域存活，就連海草也難以幸 存。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境署統(tǒng)計(jì)，從70年代以來，海洋“死亡區(qū)”的數(shù)量和面積都在擴(kuò)大，2004年 估算全球共有149個“死亡區(qū)”，而到了 2006年，這個數(shù)字已經(jīng)上升到了 200個，兩年增加了 近30%。為此，環(huán)境署于2006年10月19日呼吁全世界沿海國家必須采取措施控制陸源污 染，以遏止“死亡區(qū)”增多的勢頭。我國的長江口和珠江口就在新增的名單之列。所以，迫 切需要發(fā)展針對缺氧現(xiàn)象的有效監(jiān)測手段，以使我們在了解缺氧現(xiàn)象發(fā)生機(jī)理的基礎(chǔ)上， 采取有效防治措施。海洋浮標(biāo)監(jiān)測是現(xiàn)今世界上最有效實(shí)時獲取數(shù)據(jù)的測量方式，衛(wèi)星、無線電、手機(jī) 等通訊技術(shù)的快速發(fā)展，建立實(shí)時遠(yuǎn)程海洋監(jiān)測系統(tǒng)越來越多地成為海洋科學(xué)考察的首選 方案。但監(jiān)測數(shù)據(jù)從海洋表面發(fā)送至陸地前，首先需要將數(shù)據(jù)從水下實(shí)時傳輸至海面，現(xiàn)有 的近海實(shí)時監(jiān)測主要集中在海水中上層，對下層特別是底層的實(shí)時觀測極少涉及，一是因 為在常規(guī)的浮標(biāo)監(jiān)測系統(tǒng)中，一般都采用布放電纜將測量傳感器采集的數(shù)據(jù)從水底傳輸至 水面，在這樣的工作方式下，電纜容易發(fā)生纏繞、拉拽從而出現(xiàn)損壞，在海洋中是極不安全， 也無法長久運(yùn)行的；二是因?yàn)楹Ｑ蟊O(jiān)測系統(tǒng)特別是底層監(jiān)測系統(tǒng)，其布放、運(yùn)行及回收成本 很高，而且無法獲取太陽能，其運(yùn)行時間受電池容量嚴(yán)重限制。所以迄今為止，不管是國際 上還是我國已有的海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，都未能普遍對水體缺氧這一嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境現(xiàn)象進(jìn) 行長期連續(xù)的有效實(shí)時監(jiān)測。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測手段和水平，針對近海海洋底層缺氧現(xiàn)象的監(jiān)測系統(tǒng)，需具 備以下特點(diǎn)(1)使用安全和方便，避免使用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)從海底至海面的實(shí)時傳輸；(2) 功耗低，一則工作于海底的監(jiān)測系統(tǒng)不宜體積過大，不然在布放、回收過程都會帶來更多風(fēng) 險，所以所帶電池容量自然不大，二則系統(tǒng)工作時間盡量長可以減少布放和回收的次數(shù)，從 而減小風(fēng)險和成本，這就要求系統(tǒng)的工作功耗盡可能降低；(3)抗干擾性強(qiáng)，缺氧現(xiàn)象涉及 海洋物理、化學(xué)和生物多個過程，需要攜帶多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，系統(tǒng)工作儀器較多， 須確保各個儀器相互獨(dú)立工作，避免相互干擾，提高系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性；(4)可擴(kuò) 展性好，海洋傳感器監(jiān)測技術(shù)發(fā)展很快，系統(tǒng)須具有一定的擴(kuò)展性和兼容性以更好地實(shí)現(xiàn) 對缺氧現(xiàn)象的監(jiān)測；(5)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確安全，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確是我們了解、研究缺氧現(xiàn)象的基礎(chǔ)條 件，而且須確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全。CN1744143A《一種海洋水域傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)》，公開了一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由計(jì)算機(jī)、基站和在線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)組成，在各自的程序控制協(xié)調(diào) 下，通過無線收發(fā)接口互連組成?；九c監(jiān)測節(jié)點(diǎn)之間和監(jiān)測節(jié)點(diǎn)相互之間的互連路徑，是 通過節(jié)點(diǎn)互動的路由發(fā)現(xiàn)，實(shí)時實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)的形成。它可實(shí)時監(jiān)測海洋水域的水質(zhì)、溫 度、海浪等情況，但它的使用范圍局限于海水表層，未涉及海洋水下特別是底層的數(shù)據(jù)監(jiān)測 和傳輸。CN101358867A《一種海洋水位實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)》，公開了一種包括海底信號采集部分、 海面信號中轉(zhuǎn)部分及岸站控制部分的海洋水位實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。海底信號采集部分用于采集 表征水位的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)發(fā)送至海面信號中轉(zhuǎn)部分；海面信號中轉(zhuǎn)部分用于接收表征 水位的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至岸站控制部分；岸站控制部分用于接收海面信號中轉(zhuǎn)部分 所發(fā)送的表征水位的數(shù)據(jù)，并將存儲該數(shù)據(jù)。該監(jiān)測系統(tǒng)將海洋底層水位數(shù)據(jù)通過無線傳 輸及信號中轉(zhuǎn)方式實(shí)時發(fā)送至岸站的，它在使用安全和數(shù)據(jù)安全上作了一定的設(shè)計(jì)，但它 只攜帶一種測量傳感器，因此涉及功耗、抗干擾性和可擴(kuò)展性等方面還有一定距離，難以應(yīng) 用于海洋缺氧現(xiàn)象監(jiān)測。CN100564152C《一種自持式海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)》公開了一種包括 海面浮標(biāo)、測量平臺和錨泊系統(tǒng)的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，能進(jìn)行水體參數(shù)的測量，然而，該監(jiān) 測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用自容式存儲，需要回收監(jiān)測系統(tǒng)再讀取獲的，它沒有涉及數(shù)據(jù)傳輸技 術(shù)，從而無法進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種用于對海洋 底層缺氧現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，使用安全方便、功耗低、抗干擾性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確安 全的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是該近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系 統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是包括水質(zhì)監(jiān)測分站、水質(zhì)監(jiān)測控制主站、水聲通訊與232串口通訊分站 和電池包；所述的水質(zhì)監(jiān)測分站包括數(shù)字量傳感器集成模塊和模擬量傳感器集成模塊，水質(zhì) 監(jiān)測控制主站包括數(shù)據(jù)處理器和外擴(kuò)存儲模塊，水聲通訊與232串口通訊分站包括海底水 聲通訊機(jī)集成模塊、海面水聲通訊機(jī)和232串口通訊模塊；所述的數(shù)據(jù)處理器通過現(xiàn)場傳輸總線與數(shù)字量傳感器集成模塊、模擬量傳感器集 成模塊、外擴(kuò)存儲模塊、海底水聲通訊機(jī)集成模塊相連接，數(shù)據(jù)處理器通過232總線與232 串口通訊模塊相連接，電池包與水質(zhì)監(jiān)測控制主站連接；所述的水質(zhì)監(jiān)測控制主站控制水質(zhì)監(jiān)測分站和水聲通訊與232串口通訊分站的 運(yùn)行，水質(zhì)監(jiān)測控制主站對數(shù)字量傳感器集成模塊的數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器集成模 塊的模擬量傳感器以順序掃描的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、融合、存儲， 并運(yùn)用自定義的方法對融合后數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，把加密后的數(shù)據(jù)包通過現(xiàn)場傳輸總線發(fā)送給 水聲通訊與232串口通訊分站的海底水聲通訊機(jī)，海底水聲通訊機(jī)在水聲通訊環(huán)境適合數(shù) 據(jù)傳輸?shù)臈l件下，把數(shù)據(jù)包從海底傳輸至海面水聲通訊機(jī)；電池包給水質(zhì)監(jiān)測分站、水質(zhì)監(jiān) 測控制主站和水聲通訊與232串口通訊分站供電。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的水質(zhì)監(jiān)測分站包含四個數(shù)字 量傳感器集成模塊和兩個模擬量傳感器集成模塊，其數(shù)字量傳感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)各 個參數(shù)的采樣，模擬量傳感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)監(jiān)測分站工作電壓和溫度信號采集；
6
所述的四個數(shù)字量傳感器集成模塊分別為海流計(jì)傳感器集成模塊、硝酸鹽傳感器 集成模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感器集成模塊，它們的集成方式相同，分別包 括各自的傳感器、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙 路傳輸總線驅(qū)動芯片；所述的海流計(jì)傳感器、硝酸鹽傳感器、水質(zhì)儀傳感器和溶解氧傳感器 各自的232數(shù)字信號分別通過各自的RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、 輸出光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片與數(shù)據(jù)處理器的現(xiàn)場傳輸總線相連；所述的兩個模擬量傳感器集成模塊包括分站電源電壓模擬信號和溫度模擬信號 集成模塊，其中分站電源電壓模擬信號集成模塊使用電池包分壓裝置接雙路AD轉(zhuǎn)換芯片 的第一路通道，溫度模擬信號集成模塊使用溫度傳感器接雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的第二路通道， 然后雙路AD轉(zhuǎn)換芯片通過現(xiàn)場傳輸總線同數(shù)據(jù)處理器集成。工作模式下，數(shù)字量傳感器集成模塊收到數(shù)據(jù)處理器的激活命令后，從休眠狀態(tài) 進(jìn)入工作狀態(tài)，對水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)束后，水質(zhì)監(jiān)測分站等待水質(zhì)監(jiān)測控制主站的 命令，當(dāng)收到水質(zhì)監(jiān)測控制主站的數(shù)據(jù)采集命令后，便把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)測控 制主站。當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測控制主站對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)無誤之后，進(jìn)行另外一個數(shù)字量傳感器集成 模塊的水質(zhì)采樣，直到所有水質(zhì)監(jiān)測分站的數(shù)據(jù)都采集完畢。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)采集完畢之后， 各個傳感器集成模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的水質(zhì)監(jiān)測控制主站還包括復(fù) 位監(jiān)測電路、仿真調(diào)試接口、外設(shè)電源控制電路和實(shí)時時針電路；所述的外設(shè)電源控制電路 包括三極管和繼電器，實(shí)時時鐘電路包括實(shí)時時鐘電池和實(shí)時時鐘晶振電路；所述的數(shù)據(jù)處理器的P0. 10引腳通過三極管、繼電器連接電池包，構(gòu)成外設(shè)電源 控制電路；數(shù)據(jù)處理器的SSE11接上拉電阻到+3. 3V，即數(shù)據(jù)處理器的VDD腳，使現(xiàn)場傳輸 總線工作于主機(jī)模式；數(shù)據(jù)處理器的Vbat腳連接實(shí)時時鐘電池，對實(shí)時時鐘進(jìn)行單獨(dú)的電 池供電，數(shù)據(jù)處理器的RTXC1腳和RTXC2腳連接實(shí)時時鐘晶振電路；數(shù)據(jù)處理器的RST腳連 復(fù)位監(jiān)測電路；數(shù)據(jù)處理器的仿真端口連接仿真調(diào)試接口。水質(zhì)監(jiān)測控制主站工作開啟時刻的識別通過水質(zhì)監(jiān)測控制主站數(shù)據(jù)處理器內(nèi)部 的實(shí)時時鐘自動控制，當(dāng)工作時刻未到達(dá)時，水質(zhì)監(jiān)測控制主站的數(shù)據(jù)處理器處于掉電狀 態(tài)，水質(zhì)監(jiān)測控制主站的其他外設(shè)通過斷開繼電器通路處于斷電狀態(tài)。當(dāng)工作時間到達(dá) 時，實(shí)時時鐘喚醒掉電狀態(tài)的數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器通過指令接通繼電器通路，使整個水 質(zhì)監(jiān)測控制主站處于工作狀態(tài)。水質(zhì)監(jiān)測控制主站分別跟各個分站進(jìn)行通訊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行 采集，并把采集到的數(shù)據(jù)一一進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)校驗(yàn)無誤后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并把融合后的數(shù) 據(jù)存儲在水質(zhì)監(jiān)測控制主站的外擴(kuò)存儲模塊內(nèi)。對融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義的加密算法， 在把加密后的數(shù)據(jù)包發(fā)送給海底水聲通訊機(jī)之前，水質(zhì)監(jiān)測控制主站數(shù)據(jù)處理器先向海底 水聲通訊機(jī)發(fā)送“檢測”命令，海底水聲通訊機(jī)返回檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)顯示周圍水聲環(huán)境有 利于數(shù)據(jù)水聲傳輸時，數(shù)據(jù)處理器將加密后的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)送至海底水聲通訊機(jī)，海底水聲 通訊機(jī)再將數(shù)據(jù)傳輸至海面水聲通訊機(jī)；如果數(shù)據(jù)顯示周圍水聲環(huán)境不利于數(shù)據(jù)水聲傳輸 時，數(shù)據(jù)處理器將每隔5分鐘命令海底水聲通訊機(jī)“檢測”一次，直到將加密后的水質(zhì)數(shù)據(jù) 發(fā)送至海面水聲通訊機(jī)或下一工作時刻的來臨。另外，當(dāng)監(jiān)測的溶解氧值小于等于2mg/l 時，監(jiān)測系統(tǒng)將提高工作頻率。加密后的數(shù)據(jù)包里除了各水質(zhì)參數(shù)值和系統(tǒng)的供電電壓、溫 度外，還有實(shí)時時鐘值。海面上的海面水聲通訊機(jī)通過各水質(zhì)參數(shù)，掌握海洋底層水質(zhì)狀況；通過系統(tǒng)供電電壓和溫度掌握水質(zhì)監(jiān)測控制主站的運(yùn)行狀況；通過校驗(yàn)實(shí)時時鐘的值 檢測實(shí)時時鐘有無發(fā)生漂移現(xiàn)象，一旦發(fā)生漂移，通過海面水聲通訊機(jī)發(fā)送校正指令，傳輸 準(zhǔn)確的實(shí)時時鐘的值給水質(zhì)監(jiān)測控制主站。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊包 括海底水聲通訊機(jī)、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、 雙路傳輸總線驅(qū)動芯片；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊與水質(zhì)監(jiān)測控制主站的數(shù)據(jù)通訊方式采用現(xiàn)場 傳輸總線通訊；所述的海底水聲通訊機(jī)的232數(shù)字信號通過RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯 片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片與數(shù)據(jù)處理器的現(xiàn)場傳輸總 線相連；所述的水聲通訊與232串口通訊分站的海底水聲通訊機(jī)與海面水聲通訊機(jī)通過 水聲通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述的水聲通訊與232串口通訊分站的232串口通訊模塊采用RS232雙路驅(qū)動芯 片，該RS232雙路驅(qū)動芯片的第一路信號與數(shù)據(jù)處理器的UART0串口連接，其232傳輸總線 與DB9母頭接口相連，RS232雙路驅(qū)動芯片的第二路信號與數(shù)據(jù)處理器的UART1串口連接， 其232傳輸總線與DB9公頭接口相連。海底水聲通訊機(jī)負(fù)責(zé)與水質(zhì)監(jiān)測控制主站和海面水聲通訊機(jī)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和 接收。海底水聲通訊機(jī)在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的狀態(tài)下，處于休眠狀態(tài)。當(dāng)海底水聲通訊機(jī) 檢測到有來自水質(zhì)監(jiān)測控制主站的命令或數(shù)據(jù)時，它從休眠狀態(tài)進(jìn)入到激活狀態(tài)，開始執(zhí) 行相應(yīng)的命令或進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。當(dāng)海面水聲通訊站發(fā)送數(shù)據(jù)給海底水聲通訊機(jī)時， 海底水聲通訊機(jī)同樣會從休眠狀態(tài)進(jìn)入到激活狀態(tài)，并把接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)測 控制主站。海底水聲通訊機(jī)傳輸?shù)?32數(shù)字信號經(jīng)過RS232單路驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)化為TTL信號 后，再經(jīng)過輸入光電耦合器和輸出光電耦合器對TTL信號進(jìn)行隔離，隔離后的TTL信號經(jīng)過 雙路傳輸總線驅(qū)動芯片，使TTL信號轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)場傳輸總線協(xié)議的信號，最后所有符合 現(xiàn)場傳輸總線協(xié)議的信號由現(xiàn)場傳輸總線集成至水質(zhì)監(jiān)測控制主站，利用現(xiàn)場傳輸總線的 片選功能對海底水聲通訊機(jī)集成模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成，以此實(shí)現(xiàn)水聲通訊與232串口通訊分 站和水質(zhì)監(jiān)測控制主站的集成。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的海流計(jì)傳感器集成模塊、硝 酸鹽傳感器集成模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感器集成模塊四個數(shù)字量傳感器 集成模塊在供電上相互隔離，采用獨(dú)立的變壓模塊單獨(dú)供電，這四個數(shù)字量傳感器集成模 塊的供電方法相同，四個數(shù)字量傳感器集成模塊的變壓模塊均由數(shù)據(jù)處理器控制的外設(shè)電 源控制電路控制通斷。各個數(shù)字量傳感器集成模塊的供電相互隔離，數(shù)字量傳感器集成模塊和水質(zhì)監(jiān)測 控制主站之間的電源亦是隔離的；提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，避免各個數(shù)字量傳感器集成 模塊間的相互干擾。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的水質(zhì)監(jiān)測控制主站的電源模 塊分為相互獨(dú)立的模擬電源電路模塊和數(shù)字電源電路模塊，所述的模擬電源電路模塊和數(shù) 字電源電路模塊的地通過磁珠連接；分開供電以降低噪聲和出錯幾率。所述的模擬電源電路模塊通過變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器片內(nèi)PLL供電，變壓芯片的輸入端直接從電池包接口取電，并接旁路電容，輸出端接電容、二極管、電感，輸出電壓為 3. 3V ；所述的數(shù)字電源電路模塊通過兩級變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口以及外 設(shè)電源控制電路的繼電器供電，第一級變壓芯片的輸入端直接從電池包接口取電，并接旁 路電容，其輸出端接電容、二極管、電感，給繼電器供電，輸出電壓為5V，該輸出再接第二級 變壓芯片的輸入端，第二級變壓芯片的輸出端給數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口供電，輸出電壓 為 3. 3V。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的外擴(kuò)存儲模塊的3. 3V數(shù)字 電源、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片的3. 3V數(shù)字電源、雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的模擬電源與數(shù)據(jù)處理器 的3. 3V數(shù)字電源供電方式不同；所述的數(shù)據(jù)處理器直接從電池包通過變壓芯片提供電源； 外擴(kuò)存儲模塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片先經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器控制的外設(shè)電源控制電路的繼電 器常開觸點(diǎn)，再經(jīng)過單獨(dú)的變壓芯片提供電源；四個數(shù)字量傳感器集成模塊的兩片雙路傳 輸總線驅(qū)動芯片采用統(tǒng)一的變壓芯片供電，由數(shù)據(jù)處理器的I/O 口控制通斷；外擴(kuò)存儲模 塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片的數(shù)字電源和雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的模擬電源之間用磁珠進(jìn)行數(shù) 模隔離；溫度傳感器從數(shù)據(jù)處理器控制的外設(shè)電源控制電路的繼電器常開觸點(diǎn)取電，不經(jīng) 過變壓芯片。當(dāng)數(shù)據(jù)處理器處于掉電模式時，它切斷外擴(kuò)存儲模塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯 片、雙路AD轉(zhuǎn)換芯片和溫度傳感器的電源，以節(jié)省電能；當(dāng)數(shù)據(jù)處理器處于工作模式時，它 接通外擴(kuò)存儲模塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片、雙路AD轉(zhuǎn)換芯片和溫度傳感器的電源。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊利 用單獨(dú)的變壓模塊供電，232串口通訊模塊的電源從數(shù)字電源電路模塊的變壓芯片輸出端 供電，并通過撥碼開關(guān)的ON和OFF控制電源的通斷；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊的 變壓模塊、海流計(jì)傳感器集成模塊的變壓模塊、硝酸鹽傳感器集成模塊的變壓模塊、水質(zhì)儀 傳感器集成模塊的變壓模塊和溶解氧傳感器集成模塊變壓模塊均采用穩(wěn)壓隔離變壓芯片。 232串口通訊模塊用于本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)被回收至海面上的時候的數(shù)據(jù)下載，監(jiān)測系統(tǒng)利用 撥碼開關(guān)控制此232串口通訊模塊電源的通斷；當(dāng)系統(tǒng)在海底工作時，斷開撥碼開關(guān)，此時 232串口通訊模塊不工作；當(dāng)回收至海面上需要通過232串口通訊模塊把外擴(kuò)存儲模塊的 數(shù)據(jù)下載到電腦或其他終端設(shè)備上的時候，接通撥碼開關(guān)，給232串口通訊模塊發(fā)送下載 指令。在海底不使用232串口通訊模塊時，關(guān)閉撥碼開關(guān)，以達(dá)到節(jié)能的目的。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的四個數(shù)字量傳感器集成模塊 之間的信號相互隔離，各個數(shù)字量傳感器模塊和水質(zhì)監(jiān)測控制主站的信號亦相互隔離，信 號傳輸時，各自的232數(shù)字信號輸出后經(jīng)各自的RS232單路驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)化為TTL信號后，再 由輸入光電耦合器和輸出光電耦合器對TTL信號進(jìn)行隔離，然后通過雙路傳輸總線驅(qū)動芯 片把TTL信號轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)場總線協(xié)議的信號，最后所有符合現(xiàn)場總線協(xié)議的信號利用現(xiàn) 場傳輸總線的片選功能對四路數(shù)字量傳感器模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成至數(shù)據(jù)處理器；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊和水質(zhì)監(jiān)測控制主站之間的信號隔離，海底水聲 通訊機(jī)傳輸?shù)?32數(shù)字信號經(jīng)過RS232單路驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)化為TTL信號后，再經(jīng)過輸入光電 耦合器和輸出光電耦合器對TTL信號進(jìn)行隔離，隔離后的TTL信號經(jīng)過雙路傳輸總線驅(qū)動 芯片，使TTL信號轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)場總線協(xié)議的信號，利用現(xiàn)場傳輸總線的片選功能對海底 水聲通訊機(jī)模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成。
9
各個數(shù)字量傳感器集成模塊的信號相互隔離，水質(zhì)監(jiān)測控制主站與數(shù)字量傳感器 集成模塊、海底水聲通訊機(jī)集成模塊之間的信號亦隔離，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，避免各 個集成模塊間的相互干擾，解決了因某一路集成模塊的信號出現(xiàn)問題而影響其他幾路集成 模塊信號的問題。本發(fā)明近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，所述的數(shù)據(jù)處理器采用LPC2138芯 片，外擴(kuò)存儲模塊采用SD存儲卡，現(xiàn)場傳輸總線采用SPI傳輸總線，雙路傳輸總線驅(qū)動芯片 采用SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片，RS232單路驅(qū)動芯片采用MAX221芯片，RS232 雙路驅(qū)動芯片采用MAX232芯片，輸入、輸出光電耦合器采用4N25光電耦合器，雙路AD轉(zhuǎn)換 芯片采用AD7705芯片，溫度傳感器采用LM35芯片，復(fù)位監(jiān)測電路采用CAT809芯片，仿真 調(diào)試接口采用標(biāo)準(zhǔn)20腳的JTAG仿真調(diào)試接口，實(shí)時時鐘采用數(shù)據(jù)處理器內(nèi)部自帶的可編 程的RTC實(shí)時時鐘，電池包的電池電壓為7. 5-12V，外設(shè)電源控制電路的三極管采用9013 三極管、繼電器采用UB2-4. 5NU繼電器，海底水聲通訊機(jī)集成模塊的變壓模塊、海流計(jì)傳感 器集成模塊的變壓模塊、硝酸鹽傳感器集成模塊的變壓模塊和水質(zhì)儀傳感器集成模塊的 變壓模塊均采用IB10. 805S-1W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，溶解氧傳感器集成模塊變壓模塊采用 IB10. 805S-2W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，數(shù)字量傳感器集成模塊的兩片雙路傳輸總線驅(qū)動芯片采 用LM2575-3. 3變壓芯片供電，模擬電源電路模塊采用LM2575-3. 3變壓芯片，數(shù)字電源電路 模塊采用LM2575-5和G1117兩級變壓芯片。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果1、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)為近海海洋底層缺氧現(xiàn)象監(jiān)測提供了一種新的監(jiān)測方式，在海 面水聲通訊機(jī)借助浮標(biāo)或船只搭載的基礎(chǔ)上，有能力在陸地上準(zhǔn)確、實(shí)時地獲取近海海底 與缺氧有關(guān)的海水環(huán)境條件數(shù)據(jù)；而且該監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)利用電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋O(jiān) 測系統(tǒng)相比，利用水聲通訊方法的本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)在使用上更方便和更安全。2、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)加強(qiáng)了在抗干擾性能上的設(shè)計(jì)，保證了它工作的可靠性和穩(wěn)定 性。該監(jiān)測系統(tǒng)中各數(shù)字量傳感器集成模塊及海底水聲通訊機(jī)在供電電路上通過變壓模塊 進(jìn)行了物理隔離，在信號通路上通過光電隔離模塊進(jìn)行了物理隔離，從而確保它們工作時 各自獨(dú)立，單個儀器出現(xiàn)故障時不會影響其他儀器的工作，避免了相互影響和干擾。3、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)加強(qiáng)了在低功耗性能上的設(shè)計(jì)。該監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理器在不工 作時處于掉電模式，功耗幾乎為零；其數(shù)字量傳感器集成模塊和模擬量采集模塊的電源均 由數(shù)據(jù)處理器通過繼電器控制，當(dāng)數(shù)據(jù)處理器處于掉電模式時，利用內(nèi)部程序斷開數(shù)字量 傳感器集成模塊和模擬量采集模塊的電源；232串口通訊模塊的電源通過撥碼開關(guān)控制， 當(dāng)不使用232串口通訊模塊時，關(guān)閉撥碼開關(guān)；海底水聲通訊機(jī)傳輸數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行水聲 條件判斷，以避免在水聲條件不足的情況下白白消耗電量。4、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)加強(qiáng)了可擴(kuò)展性能上的設(shè)計(jì)。該監(jiān)測系統(tǒng)可以利用SPI傳輸總 線的功能，方便地擴(kuò)展水質(zhì)監(jiān)測分站的監(jiān)測手段；本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)中水質(zhì)監(jiān)測分站均采用 232總線通訊方式，擴(kuò)展的水質(zhì)監(jiān)測分站也可以采用485、422等總線通訊方式。5、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)加強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、傳輸安全性能上的設(shè)計(jì)。該監(jiān)測系統(tǒng)在 數(shù)據(jù)測量時進(jìn)行合理性判斷，在采集后進(jìn)行備份存儲和加密處理，在水聲傳輸時進(jìn)行環(huán)境 水聲條件判斷，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和安全性。6、本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)在海洋底層海水出現(xiàn)溶解氧值小于等于2mg/l的缺氧現(xiàn)象時，可以自動把工作頻率提高一倍或以上，從而能更快地了解海底海水環(huán)境條件的變化，為缺 氧現(xiàn)象研究提供更詳實(shí)的數(shù)據(jù)；工作頻率也可以人為通過海面水聲通訊機(jī)發(fā)送指令進(jìn)行控 制調(diào)整。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為圖1中實(shí)施例的水質(zhì)監(jiān)測分站結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖2中水質(zhì)監(jiān)測分站的數(shù)字量傳感器集成模塊供電電路圖。圖4為圖2中水質(zhì)監(jiān)測分站的海流計(jì)和硝酸鹽傳感器集成模塊SPI傳輸總線驅(qū)動 電路圖。圖5為圖2中水質(zhì)監(jiān)測分站的模擬量信號集成模塊電路圖。圖6為圖1中實(shí)施例的水質(zhì)監(jiān)測控制主站結(jié)構(gòu)框圖。圖7為圖6中水質(zhì)監(jiān)測控制主站供電電路圖。圖8為圖6中水質(zhì)監(jiān)測控制主站的實(shí)時時鐘RTC配置電路圖。圖9為圖6中水質(zhì)監(jiān)測控制主站的SD存儲卡SPI傳輸總線驅(qū)動電路圖。圖10為圖1中實(shí)施例的水聲通訊和232串口通訊分站結(jié)構(gòu)框圖。圖11為圖10中水聲通訊和232串口通訊分站供電電路圖。圖12為圖10中水聲通訊和232串口通訊分站的232串口通訊模塊電路圖。圖13為圖10中水聲通訊和232串口通訊分站的水聲通訊集成模塊電路圖。圖14為圖1中實(shí)施例的外設(shè)電源控制電路電路圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。參見圖1，實(shí)施例近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，包括水質(zhì)監(jiān)測分站a、水 質(zhì)監(jiān)測控制主站b、水聲通訊與232串口通訊分站c和電池包d。水質(zhì)監(jiān)測分站a包括數(shù)字 量傳感器集成模塊和模擬量傳感器集成模塊，其中，數(shù)字量傳感器集成模塊設(shè)置四個，分別 為海流計(jì)傳感器集成模塊、硝酸鹽傳感器集成模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感 器集成模塊，它們的集成方式相同；模擬量傳感器集成模塊設(shè)置分站電源電壓模擬信號和 模塊溫度模擬信號兩個集成模塊。其數(shù)字量傳感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)各個參數(shù)的采樣， 模擬量傳感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)監(jiān)測分站工作電壓和溫度信號采集。水質(zhì)監(jiān)測控制主站 b包括數(shù)據(jù)處理器1、外擴(kuò)存儲模塊23、復(fù)位監(jiān)測電路37、仿真調(diào)試接口 25、外設(shè)電源控制電 路和實(shí)時時鐘電路。水聲通訊與232串口通訊分站c包括海底水聲通訊機(jī)集成模塊、海面 水聲通訊機(jī)44和232串口通訊模塊。數(shù)據(jù)處理器1通過現(xiàn)場傳輸總線38與數(shù)字量傳感器 集成模塊、模擬量傳感器集成模塊、外擴(kuò)存儲模塊23、海底水聲通訊機(jī)集成模塊相連接；數(shù) 據(jù)處理器1通過232總線40與232串口通訊模塊31的DB9母頭接口 32、DB9公頭接口 33 相連接；電池包d與水質(zhì)監(jiān)測控制主站b連接。實(shí)施例數(shù)據(jù)處理器1采用LPC2138芯片，現(xiàn)場傳輸總線38采用SPI傳輸總線，也 可以采用IIC傳輸總線，雙路傳輸總線驅(qū)動芯片采用SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯 片，外擴(kuò)存儲模塊23采用SD存儲卡。數(shù)字量傳感器集成模塊通過SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片集成，通過SPI傳輸總線的方式同水質(zhì)監(jiān)測控制主站b通訊。海底水聲通 訊機(jī)26也通過SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片集成，通過SPI傳輸總線方式同水質(zhì) 監(jiān)測控制主站b通訊。232串口通訊模塊通過232總線方式同水質(zhì)監(jiān)測控制主站b通訊，本 實(shí)施例采用232總線傳輸，也可以選用422、485總線傳輸。水質(zhì)監(jiān)測控制主站b控制水質(zhì)監(jiān)測分站a和水聲通訊與232串口通訊分站c的運(yùn) 行，電池包d負(fù)責(zé)給水質(zhì)監(jiān)測分站a、水質(zhì)監(jiān)測控制主站b和水聲通訊與232串口通訊分站 c供電。水質(zhì)監(jiān)測控制主站b對水質(zhì)監(jiān)測分站a的數(shù)字量和模擬量傳感器以順序掃描的方 式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、融合、存儲，并運(yùn)用自定義的方法對融合后數(shù)據(jù) 進(jìn)行加密，把加密后的數(shù)據(jù)包通過232總線40發(fā)送給水聲通訊與232串口通訊分站c，水聲 通訊與232串口通訊分站c在水聲通訊環(huán)境適合數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下，把數(shù)據(jù)包從海底傳輸 至海面。實(shí)施例水質(zhì)監(jiān)測分站a結(jié)構(gòu)參見圖2 5。如圖2所示，水質(zhì)監(jiān)測分站的四個數(shù)字量傳感器集成模塊分別包括各自的傳感 器、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū) 動芯片。實(shí)施例RS232單路驅(qū)動芯片采用MAX221芯片，輸入、輸出光電耦合器均采用4N25 光電耦合器。海流計(jì)傳感器集成模塊的海流計(jì)傳感器2的232信號接RS232單路驅(qū)動芯 片』；RS232單路驅(qū)動芯片h3的cl+、cl-、c2+、c2-四個端口外接兩個電容，起電壓轉(zhuǎn)換作 用；RS232單路驅(qū)動芯片h3的電源引腳接單獨(dú)的隔離穩(wěn)壓電源——海流計(jì)傳感器集成模塊 的變壓模塊34a ；RS232單路驅(qū)動芯片H3的輸入信號接4N25光電耦合器HK4，輸出信號接另 一個4N25光電耦合器HC5，此光電耦合器hc5接上拉電阻至海流計(jì)傳感器集成模塊的變壓模 塊34a ；兩路經(jīng)光電耦合器隔離后的信號接雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的第一路串行 口，SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的電源接另外一組電源，SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的SPI端 口通過SPI傳輸總線連接到LPC2138數(shù)據(jù)處理器1。硝酸鹽傳感器集成模塊的硝酸鹽傳感 器7的232信號接另一 RS232單路驅(qū)動芯片x8，RS232單路驅(qū)動芯片x8的cl+、cl-、c2+、 c2-四個端口外接兩個電容，起電壓轉(zhuǎn)換作用；RS232單路驅(qū)動芯片x8的電源端口接一個單 獨(dú)的隔離穩(wěn)壓電源——硝酸鹽傳感器集成模塊的變壓模塊34b ；RS232單路驅(qū)動芯片x8的 輸入信號接光電耦合器 …輸出信號接另一個光電耦合器xe10，此光電耦合器xe10接上拉 電阻至硝酸鹽傳感器集成模塊的變壓模塊34b ；經(jīng)過光電耦合器隔離后的信號和海流計(jì)傳 感器2信號接同一片雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的第二路串行口。水質(zhì)儀傳感器集成 模塊的水質(zhì)儀傳感器11的232信號接RS232單路驅(qū)動芯片s12 ；RS232單路驅(qū)動芯片s12的 cl+、cl-、c2+、c2-四個端口外接兩個電容，起電壓轉(zhuǎn)換作用；RS232單路驅(qū)動芯片s12的電 源引腳接一個單獨(dú)的隔離穩(wěn)壓電源——水質(zhì)儀傳感器集成模塊的變壓模塊34c ；RS232單 路驅(qū)動芯片s12的輸入信號接光電耦合器SK13，輸出信號接另一個光電耦合器se14，此光電 耦合器sc14接上拉電阻至水質(zhì)儀傳感器集成模塊的變壓模塊34c ；經(jīng)過光電耦合器隔離后 的信號接入另外一片雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片sk15的第一路串行口，雙路SPI傳輸總線 驅(qū)動芯片的SPI端口通過SPI傳輸總線連接到LPC2138數(shù)據(jù)處理器1。溶解氧傳感器集成 模塊的溶解氧傳感器16的232信號接RS232單路驅(qū)動芯片K17 ；RS232單路驅(qū)動芯片K17的 cl+、cl-、c2+、c2-四個端口外接兩個電容，起電壓轉(zhuǎn)換作用；RS232單路驅(qū)動芯片K17的電 源引腳接一個單獨(dú)的隔離穩(wěn)壓電源——溶解氧傳感器集成模塊的變壓模塊34d ；RS232單
12路驅(qū)動芯片K17的輸入信號接光電耦合器KK18，輸出信號接另一個光電耦合器Ke19，光電耦 合器k19接上拉電阻至溶解氧傳感器集成模塊的變壓模塊34d ；經(jīng)過光電耦合器隔離后的 信號接入和水質(zhì)儀傳感器集成模塊11同一片雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片sk15的第二路串 行口。模擬量傳感器集成模塊由電池包分壓裝置20、雙路AD轉(zhuǎn)換芯片42和溫度傳感器43 構(gòu)成分站電源電壓模擬信號集成模塊和模塊溫度模擬信號集成模塊，實(shí)施例雙路AD轉(zhuǎn)換 芯片42采用AD7705芯片，溫度傳感器43采用LM35芯片。電源電壓先連接電池包分壓裝 置20，再接AD7705雙路AD轉(zhuǎn)換芯片42的第一路通道；LM35溫度傳感器43接AD7705雙路 AD轉(zhuǎn)換芯片42的第二路通道。數(shù)字量傳感器集成模塊供電電路如圖3所示，數(shù)字量傳感器集成模塊的變壓模塊 34屬受外設(shè)電源控制電路控制的電源電路模塊。四個數(shù)字量傳感器集成模塊都單獨(dú)供電， 它們的供電方法相同，四個數(shù)字量傳感器集成模塊的變壓模塊的電源電路模塊均由數(shù)據(jù)處 理器1控制通斷。實(shí)施例海流計(jì)傳感器集成模塊的變壓模塊34a、硝酸鹽傳感器集成模塊的 變壓模塊34b和水質(zhì)儀傳感器集成模塊的變壓模塊34c均采用IB10. 805S-1W穩(wěn)壓隔離變 壓芯片，溶解氧傳感器集成模塊的變壓模塊34d采用IB10. 805S-2W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，各 電源模塊的輸入腳從繼電器22的常開觸點(diǎn)取電，由繼電器22控制電源的通斷。海流計(jì)和硝酸鹽傳感器集成模塊SPI傳輸總線驅(qū)動電路連接如圖4所示，四個數(shù) 字量傳感器集成模塊之間的信號相互隔離，各個數(shù)字量傳感器集成模塊和水質(zhì)監(jiān)測控制主 站b的信號亦相互隔離。海流計(jì)傳感器2的232數(shù)字信號經(jīng)RS232單路驅(qū)動芯片H3轉(zhuǎn)化 為TTL信號后通過4N25光電耦合器進(jìn)行信號隔離，隔離后的信號連接到SC16IS762雙路 SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的第一路串行口，SC16IS762通過4線制的SPI傳輸總線38連接 LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的SPI端口。LPC2138數(shù)據(jù)處理器1工作于SPI主模式下，其SSEL1 腳連接上拉電阻R22至+3. 3V，即數(shù)據(jù)處理器1的VDD腳。SC16IS762的CS腳連接LPC2138 的P0. 16引腳進(jìn)行片選；SC16IS762的IRQ腳連接LPC2138的EINT2引腳，當(dāng)SC16IS762內(nèi) 部緩沖區(qū)存有有效數(shù)據(jù)時，通過此引腳的低電平使LPC2138產(chǎn)生中斷響應(yīng)；SC16IS762的 RESET腳連LPC2138的RST腳；SC16IS762的SPI引腳接地，使SC16IS762工作于SPI模式 下。硝酸鹽傳感器7的232數(shù)字信號經(jīng)RS232單路驅(qū)動芯片x8轉(zhuǎn)化為TTL信號后通過4N25 光電耦合器進(jìn)行信號隔離，隔離后的信號連接SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的 第二路串行口。LPC2138數(shù)據(jù)處理器1通過SPI總線38發(fā)送不同地址的命令，可以進(jìn)行雙 通道的數(shù)據(jù)讀取和發(fā)送。水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感器集成模塊的SPI傳輸總線 驅(qū)動電路連接同于海流計(jì)和硝酸鹽傳感器集成模塊。模擬量信號集成模塊電路如圖5所示，檢測的電源電壓從繼電器22 —端取電，當(dāng) LPC2138數(shù)據(jù)處理器1處于工作模式下才進(jìn)行電壓檢測。AD7705雙路AD轉(zhuǎn)換芯片42的檢 測電壓范圍為0 2. 5V，而輸入電壓為10. 8V，故采用精密電阻R19和R20進(jìn)行分壓，再把 合適的電壓輸入到AD7705的第一路通道Aim (+)腳。LM35溫度傳感器43接AD7705的第 二路通道AIN2(+)腳，利用AD7705內(nèi)部的放大功能把模擬電壓值放大到適合AD7705采集 的電壓值。AD7705的CS引腳接LPC2138的P0. 30引腳進(jìn)行片選；AD7705的DRDY引腳連 接LPC2138的EINT2引腳，當(dāng)采集好模擬電壓值時，DRDY引腳的低電平使LPC2138產(chǎn)生中 斷響應(yīng)；AD7705的RESET腳連接LPC2138的RST引腳，AD7705的D0UT引腳連接LPC2138的 MIS01 腳。LPC2138 的 SCK1 引腳接 AD7705 的 SCLK 引腳，LPC2138 的 SSEL1 腳接電阻 R22 后接至+3. 3V。實(shí)施例水質(zhì)監(jiān)測控制主站b結(jié)構(gòu)參見圖6 9。如圖6所示，水質(zhì)監(jiān)測控制主站b的外設(shè)電源控制電路包括三極管21和繼電器 22，實(shí)時時鐘電路包括實(shí)時時鐘電池24和實(shí)時時鐘晶振電路41。實(shí)施例復(fù)位監(jiān)測電路37采 用CAT809芯片，仿真調(diào)試接口采用標(biāo)準(zhǔn)20腳的JTAG仿真調(diào)試接口，實(shí)時時鐘采用數(shù)據(jù)處 理器1內(nèi)部自帶的可編程的RTC實(shí)時時鐘，外設(shè)電源控制電路的三極管采用9013三極管、 繼電器采用UB2-4. 5NU繼電器。LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的P0. 31端口接9013三極管21，三 極管21再接繼電器22控制電源電路；LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的SPI端口通過SPI傳輸總 線38連接到SD存儲卡，即外擴(kuò)存儲模塊23上；LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的Vbat引腳接外部 電池給RTC實(shí)時時鐘提供電源；LPC2138的JTAG仿真腳接20個引腳的標(biāo)準(zhǔn)JTAG仿真調(diào)試 接口 25 ；LPC2138的RTXC1引腳和RTXC2引腳接實(shí)時時鐘晶振電路41，和實(shí)時時鐘電池24 一起構(gòu)成完整的實(shí)時時鐘外設(shè)電路；LPC2138的RST引腳接以CAT809復(fù)位芯片為主的低電 平復(fù)位監(jiān)測電路37 ；LPC2138的模擬電源和數(shù)字電源引腳分別由模擬電源模塊和數(shù)字電源 模塊分開供電。圖中，35為水質(zhì)監(jiān)測控制主站的電源模塊。水質(zhì)監(jiān)測控制主站b的電源模塊35電路如圖7所示，水質(zhì)監(jiān)測控制主站的電源 模塊35為不受外設(shè)電源控制電路控制的電源電路模塊。水質(zhì)監(jiān)測控制主站b的電源模塊 35分為模擬電源電路模塊35a和數(shù)字電源電路模塊35b，兩者相互獨(dú)立，模擬電源電路模塊 35a和數(shù)字電源電路模塊35b的地通過磁珠連接。電池包的電池電壓為7. 5-12V，模擬電源 電路模塊35a采用LM2575-3. 3變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器片內(nèi)PLL供電，其輸入端直接從電池 電源接口取電，并接旁路電容C3，輸出端接電容C4、二極管D2、電感L2，輸出電壓為3. 3V ； 數(shù)字電源電路模塊35b采用LM2575-5和G1117兩級變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口 及控制電源的繼電器供電，LM2575-5變壓芯片的輸入端直接從電池電源端接口取電，并接 旁路電容C5，其輸出端接電容C6、二極管D3、電感L3，給繼電器供電，輸出電壓為5V，然后再 接G1117變壓芯片的輸入端，G1117的輸出端給數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口供電，輸出電壓為 3. 3V，圖中電容C7、C8構(gòu)成濾波電路。實(shí)時時鐘RTC配置如圖8所示，LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的Vbat腳外接實(shí)時時鐘電 池24，使系統(tǒng)在斷電的情況下，實(shí)時時鐘仍然工作在計(jì)時狀態(tài)。LPC2138的RTXC1和RTXC2 引腳外接標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時時鐘晶振電路41，LPC2138在掉電模式下時，LPC2138振蕩器關(guān)閉，實(shí) 時時鐘依靠此實(shí)時時鐘晶振電路41作為時鐘源工作。圖中C16和C17為實(shí)時時鐘晶振電 路電容。外擴(kuò)存儲模塊SD存儲卡的SPI傳輸總線驅(qū)動電路如圖9所示，外擴(kuò)存儲模塊23的 D0、DI兩個端口分別連接上拉電阻R11、R10至LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的VDD腳，即+3. 3V，使 SD存儲卡工作于SPI模式下，SD存儲卡23的D0、DI兩腳亦分別對應(yīng)與LPC2138的MIS01、 M0SI1引腳連接；SD存儲卡23的SPI傳輸總線采用4線制，連接到LPC2138數(shù)據(jù)處理器1 的SPI端口，即SD存儲卡23的CLK腳與LPC2138的SCK1引腳連接；SD存儲卡23的CS腳 連接LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的P1. 16引腳進(jìn)行片選。數(shù)據(jù)處理器1的SSEL1引腳接上拉電 阻R22至LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的VDD腳，即接+3. 3V，使LPC2138數(shù)據(jù)處理器1工作于SPI 主模式下。水聲通訊和232串口通訊分站c結(jié)構(gòu)參見圖10 13。
如圖10所示，水聲通訊與232串口通訊分站c的海底水聲通訊機(jī)集成模塊包括海 底水聲通訊機(jī)26、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙 路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片；232串口通訊模塊包括RS232雙路驅(qū)動芯片31、DB9的母頭接口 32和DB9的公頭接口 33，實(shí)施例RS232雙路驅(qū)動芯片31采用MAX232芯片。海底水聲通訊 機(jī)26傳輸?shù)?32信號連接RS232單路驅(qū)動芯片e27，RS232單路驅(qū)動芯片e27的cl+、cl_、 c2+、c2-腳外接兩個電容，起電壓轉(zhuǎn)換作用；RS232單路驅(qū)動芯片e27的電源引腳接單獨(dú)的 隔離穩(wěn)壓電源——海底水聲通訊機(jī)集成模塊的變壓模塊36 ；RS232單路驅(qū)動芯片e27的輸 入信號接光電耦合器^28，輸出信號接另一個光電耦合器，此光電耦合器ee29接上拉電 阻至海底水聲通訊機(jī)集成模塊的變壓模塊36 ；經(jīng)過光電耦合器隔離后的信號接入雙路SPI 傳輸總線驅(qū)動芯片e30的串行口，雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片e30的SPI端口通過SPI傳輸 總線38連接到LPC2138數(shù)據(jù)處理器1 ；LPC2138的UART0連接雙路RS232驅(qū)動芯片31的第 一個端口，LPC2138的UART1連接雙路RS232驅(qū)動芯片31的第二個端口，雙路RS232驅(qū)動 芯片31的輸出端通過兩路標(biāo)準(zhǔn)的232總線40分別接DB9母頭接口 32和DB9公頭接口 33。 海底水聲通訊機(jī)26與海面水聲通訊機(jī)44通過水聲通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。水聲通訊和232串口通訊分站供電電路連接如圖11所示，海底水聲通訊集成模塊 采用單獨(dú)的隔離穩(wěn)壓電源——海底水聲通訊機(jī)集成模塊的變壓模塊36供電，其變壓模塊采 用IB10. 805S-1W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，電源的輸入腳接繼電器22的常開觸點(diǎn)，由繼電器22 控制電源的通斷。232串口通訊模塊31的電源通過撥碼開關(guān)39，輸入端接水質(zhì)監(jiān)測控制主 站b數(shù)字電源5V電源端，通過撥碼開關(guān)39的ON和OFF方式給232串口通訊模塊31供電。232串口通訊模塊電路連接如圖12所示，LPC2138的UART0接RS232雙路驅(qū)動芯 片31MAX232的第一個端口，LPC2138的UART1接MAX232的第二個端口，如圖所示，LPC2138 的 TXDO、TXD1、RXDO、RXD1 腳分別對應(yīng)接 MAX232 的 T1IN、T2IN、R1IN、R2IN ；電容 C19 接在 MAX232的C1+和C1-之間，電容C18接在MAX232的C2+和C2-之間，MAX232分別接標(biāo)準(zhǔn) 232總線40的DB9公頭接口 33和DB9母頭接口 32，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)下載和傳輸。水聲通訊集成模塊電路連接如圖13所示，海底水聲通訊機(jī)26的232數(shù)字信號 經(jīng)RS232單路驅(qū)動芯片c27轉(zhuǎn)化為TTL信號后通過4N25輸入、輸出光電耦合器^8、cc29 進(jìn)行信號隔離，隔離后的信號連接到雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片e30SC16IS762的串行口， SC16IS762通過4線制的SPI傳輸總線連接LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的SPI端口，SSEL1連接 上拉電阻R22至LPC2138數(shù)據(jù)處理器1的VDD腳，即圖示接+3. 3V，使LPC2138工作于SPI 主模式下。SC16IS762的CS腳連接LPC2138的P1. 21引腳進(jìn)行片選；SC16IS762的IRQ腳 連接LPC2138的EINT2引腳，當(dāng)SC16IS762內(nèi)部緩沖區(qū)存有有效數(shù)據(jù)時，通過此引腳的低電 平使 LPC2138 產(chǎn)生中斷響應(yīng)；SC16IS762 的 RESET 腳連 LPC2138 的 RST 腳；SC16IS762 的 SPI 引腳接地，使SC16IS762工作于SPI模式下。實(shí)施例近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的外設(shè)電源控制電路參見圖14，水質(zhì) 監(jiān)測控制主站b的數(shù)據(jù)處理器1通過P0. 10引腳和限流電阻R25來控制9013三極管21的 開啟與否。當(dāng)9013三極管21開啟時，利用三極管的電路放大原理，會在UB2-4.5NU繼電器 22的線圈中流過較大的電流，從而產(chǎn)生磁力克服繼電器中彈簧的彈力，接通電源電池包d， 實(shí)現(xiàn)對外設(shè)的外部電源控制。圖中二極管D8構(gòu)成繼電器22的放電電路。實(shí)施例SD存儲卡23的3. 3V數(shù)字電源、雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片的3. 3V數(shù)字電源、雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的模擬電源與數(shù)據(jù)處理器1的3. 3V數(shù)字電源供電方式不同；數(shù)據(jù)處 理器1直接從電池包d通過變壓模塊提供電源；SD存儲卡23、雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片 C30、HX6和SR15先經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器1控制的繼電器22常開觸點(diǎn)，再經(jīng)過單獨(dú)的變壓模塊 LM2575-3. 3提供電源，由數(shù)據(jù)處理器1的I/O 口控制通斷；SD存儲卡23、雙路SPI傳輸總 線驅(qū)動芯片的數(shù)字電源和雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的模擬電源之間用磁珠進(jìn)行數(shù)模隔離；溫度傳 感器43從數(shù)據(jù)處理器1控制的繼電器22常開觸點(diǎn)取電，不經(jīng)過變壓模塊。實(shí)際使用時，近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)耐壓、水密處理后布放于監(jiān) 測海域海底，其中只有海面水聲通訊機(jī)44布放于海表面，一般由浮標(biāo)或船只作為它的支撐 平臺。監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)字量傳感器集成模塊中的海流計(jì)傳感器2測量海水水流值，硝酸鹽傳 感器7測量海水硝酸鹽含量值，水質(zhì)儀傳感器11測量海水水深、溫度、電導(dǎo)率、濁度和氧化 還原電位值，溶解氧傳感器16測量海水溶解氧含量值。本監(jiān)測系統(tǒng)將近海海洋底層與缺氧 現(xiàn)象相關(guān)的參數(shù)測量數(shù)據(jù)完整而準(zhǔn)確地實(shí)時傳輸至海面。整個近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理如下水質(zhì)監(jiān)測控制主站b控制水質(zhì)監(jiān)測分站a和水聲通訊與232串口通訊分站c的運(yùn) 行，進(jìn)行以下工作流程①利用實(shí)時時鐘RTC對工作時間和休眠時間進(jìn)行自動檢測控制；② 控制各數(shù)字量和模擬量傳感器集成模塊的工作，采集、處理監(jiān)測數(shù)據(jù)；③控制海底水聲通訊 模塊進(jìn)行水聲通訊條件判斷，判斷合格情況下把采集數(shù)據(jù)從海底傳輸至海面。按照系統(tǒng)工作流程，設(shè)定本實(shí)施方案的初始工作頻率為一小時一次。水質(zhì)監(jiān)測控 制主站b利用實(shí)時時鐘RTC進(jìn)行計(jì)時，實(shí)時時鐘RTC —直處于計(jì)時狀態(tài)，當(dāng)設(shè)定工作時刻到 來時，水質(zhì)監(jiān)測控制主站數(shù)據(jù)處理器1從掉電模式喚醒到工作模式，它首先通過繼電器22 接通各個模塊的電源，然后利用片選選中第一片雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片HX6，通過該芯 片第一路串行口與海流計(jì)傳感器集成模塊通訊，采用ASCII格式，發(fā)送“BREAK”命令把海流 計(jì)傳感器2從待機(jī)狀態(tài)觸發(fā)到接收命令狀態(tài)，再發(fā)送“START”命令，使它開始測量數(shù)據(jù)，測 量好之后，海流計(jì)傳感器2把數(shù)據(jù)由232總線40輸出，數(shù)據(jù)處理器1通過查詢或中斷模式 從SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6的第一路串行口數(shù)據(jù)緩存區(qū)讀取數(shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)是否合理， 數(shù)據(jù)不合理則使海流計(jì)傳感器2重新測量，數(shù)據(jù)合理則發(fā)送“0K”命令使海流計(jì)傳感器2處 于待機(jī)狀態(tài)；之后按順序，數(shù)據(jù)處理器1通過雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片hx6第二路串行口 采集硝酸鹽傳感器7的測量數(shù)據(jù)，通過雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片sk15第一路串行口采集 水質(zhì)儀傳感器11的測量數(shù)據(jù)，通過雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片SK15第二路串行口采集溶解 氧傳感器16的測量數(shù)據(jù)。接著，數(shù)據(jù)處理器1利用AD7705雙路AD轉(zhuǎn)換芯片42第一路通 道通過查詢或中斷的方式讀取模塊電壓值，然后切換到第二路通道通過查詢或中斷的方式 讀取LM35溫度傳感器43溫度值。監(jiān)測控制主站b數(shù)據(jù)處理器1獲取了所有儀器測量數(shù)據(jù)后，檢查判斷其中的溶解 氧值，當(dāng)它小于等于2mg/l時，重新初始化實(shí)時時鐘RTC，改變監(jiān)測系統(tǒng)工作頻率至半小時 一次，當(dāng)溶解氧值大于2mg/l時，則維持監(jiān)測系統(tǒng)工作頻率在一小時一次。隨后，數(shù)據(jù)處理 器1對獲取的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、按序排列，融合組成一個數(shù)據(jù)包后存儲至SD存儲卡 23。同時，數(shù)據(jù)處理器1對融合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義的加密算法，在把加密后的數(shù)據(jù) 包發(fā)送給海底水聲通訊機(jī)26之前，數(shù)據(jù)處理器1先向海底水聲通訊機(jī)26發(fā)送“檢測”命令，海底水聲通訊機(jī)26返回檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)顯示周圍水聲環(huán)境有利于數(shù)據(jù)水聲傳輸時，數(shù)據(jù) 處理器1將加密后的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)送至海底水聲通訊機(jī)26，它再將數(shù)據(jù)傳輸至海面水聲通訊 機(jī)44 ；如果數(shù)據(jù)顯示周圍水聲環(huán)境不利于數(shù)據(jù)水聲傳輸時，數(shù)據(jù)處理器1將每隔5分鐘命 令海底水聲通訊機(jī)26 “檢測”一次，直到將加密后的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)送至海底水聲通訊機(jī)26或 下一工作時刻的來臨。數(shù)據(jù)處理器1完成單次工作后，利用繼電器22關(guān)閉其他模塊的電源， 并使自己重新處于掉電狀態(tài)，利用實(shí)時時鐘等待下一個工作時刻。
雖然本發(fā)明已以實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，任何熟 悉該項(xiàng)技術(shù)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均應(yīng)屬于本 發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括水質(zhì)監(jiān)測分站、水質(zhì)監(jiān)測控制主站、水聲通訊與232串口通訊分站和電池包；所述的水質(zhì)監(jiān)測分站包括數(shù)字量傳感器集成模塊和模擬量傳感器集成模塊，水質(zhì)監(jiān)測控制主站包括數(shù)據(jù)處理器和外擴(kuò)存儲模塊，水聲通訊與232串口通訊分站包括海底水聲通訊機(jī)集成模塊、海面水聲通訊機(jī)和232串口通訊模塊；所述的數(shù)據(jù)處理器通過現(xiàn)場傳輸總線與數(shù)字量傳感器集成模塊、模擬量傳感器集成模塊、外擴(kuò)存儲模塊、海底水聲通訊機(jī)集成模塊相連接，數(shù)據(jù)處理器通過232總線與232串口通訊模塊相連接，電池包與水質(zhì)監(jiān)測控制主站連接；所述的水質(zhì)監(jiān)測控制主站控制水質(zhì)監(jiān)測分站和水聲通訊與232串口通訊分站的運(yùn)行，水質(zhì)監(jiān)測控制主站對數(shù)字量傳感器集成模塊的數(shù)字量傳感器和模擬量傳感器集成模塊的模擬量傳感器以順序掃描的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、融合、存儲，并運(yùn)用自定義的方法對融合后數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，把加密后的數(shù)據(jù)包通過現(xiàn)場傳輸總線發(fā)送給水聲通訊與232串口通訊分站的海底水聲通訊機(jī)，海底水聲通訊機(jī)在水聲通訊環(huán)境適合數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下，把數(shù)據(jù)包從海底傳輸至海面水聲通訊機(jī)；電池包給水質(zhì)監(jiān)測分站、水質(zhì)監(jiān)測控制主站和水聲通訊與232串口通訊分站供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 水質(zhì)監(jiān)測分站包含四個數(shù)字量傳感器集成模塊和兩個模擬量傳感器集成模塊，其數(shù)字量傳 感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)各個參數(shù)的采樣，模擬量傳感器集成模塊負(fù)責(zé)對水質(zhì)監(jiān)測分站工 作電壓和溫度信號采集；所述的四個數(shù)字量傳感器集成模塊分別為海流計(jì)傳感器集成模塊、硝酸鹽傳感器集成 模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感器集成模塊，它們的集成方式相同，分別包括各 自的傳感器、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙路傳 輸總線驅(qū)動芯片；所述的海流計(jì)傳感器、硝酸鹽傳感器、水質(zhì)儀傳感器和溶解氧傳感器各自 的232數(shù)字信號分別通過各自的RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光電耦合器、輸出 光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片與數(shù)據(jù)處理器的現(xiàn)場傳輸總線相連；所述的兩個模擬量傳感器集成模塊包括分站電源電壓模擬信號和溫度模擬信號集成 模塊，其中分站電源電壓模擬信號集成模塊使用電池包分壓裝置接雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的第 一路通道，溫度模擬信號集成模塊使用溫度傳感器接雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的第二路通道，然后 雙路AD轉(zhuǎn)換芯片通過現(xiàn)場傳輸總線同數(shù)據(jù)處理器集成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 水質(zhì)監(jiān)測控制主站還包括復(fù)位監(jiān)測電路、仿真調(diào)試接口、外設(shè)電源控制電路和實(shí)時時針電 路；所述的外設(shè)電源控制電路包括三極管和繼電器，實(shí)時時鐘電路包括實(shí)時時鐘電池和實(shí) 時時鐘晶振電路；所述的數(shù)據(jù)處理器的P0. 10引腳通過三極管、繼電器連接電池包，構(gòu)成外設(shè)電源控制 電路；數(shù)據(jù)處理器的SSE11接上拉電阻到+3. 3V，即數(shù)據(jù)處理器的VDD腳，使現(xiàn)場傳輸總線 工作于主機(jī)模式；數(shù)據(jù)處理器的Vbat腳連接實(shí)時時鐘電池，對實(shí)時時鐘進(jìn)行單獨(dú)的電池供 電，數(shù)據(jù)處理器的RTXC1腳和RTXC2腳連接實(shí)時時鐘晶振電路；數(shù)據(jù)處理器的RST腳連復(fù)位 監(jiān)測電路；數(shù)據(jù)處理器的仿真端口連接仿真調(diào)試接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊包括海底水聲通訊機(jī)、RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、輸入光 電耦合器、輸出光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊與水質(zhì)監(jiān)測控制主站的數(shù)據(jù)通訊方式采用現(xiàn)場傳輸 總線通訊；所述的海底水聲通訊機(jī)的232數(shù)字信號通過RS232接口、RS232單路驅(qū)動芯片、 輸入光電耦合器、輸出光電耦合器、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片與數(shù)據(jù)處理器的現(xiàn)場傳輸總線 相連；所述的水聲通訊與232串口通訊分站的海底水聲通訊機(jī)與海面水聲通訊機(jī)通過水聲 通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所述的水聲通訊與232串口通訊分站的232串口通訊模塊采用RS232雙路驅(qū)動芯片， 該RS232雙路驅(qū)動芯片的第一路信號與數(shù)據(jù)處理器的UARTO串口連接，其232傳輸總線與 DB9母頭接口相連，RS232雙路驅(qū)動芯片的第二路信號與數(shù)據(jù)處理器的UARTl串口連接，其 232傳輸總線與DB9公頭接口相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 海流計(jì)傳感器集成模塊、硝酸鹽傳感器集成模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊和溶解氧傳感器 集成模塊四個數(shù)字量傳感器集成模塊在供電上相互隔離，采用獨(dú)立的變壓模塊單獨(dú)供電， 這四個數(shù)字量傳感器集成模塊的供電方法相同，四個數(shù)字量傳感器集成模塊的變壓模塊均 由數(shù)據(jù)處理器控制的外設(shè)電源控制電路控制通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 水質(zhì)監(jiān)測控制主站的電源模塊分為相互獨(dú)立的模擬電源電路模塊和數(shù)字電源電路模塊，所 述的模擬電源電路模塊和數(shù)字電源電路模塊的地通過磁珠連接；所述的模擬電源電路模塊通過變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器片內(nèi)PLL供電，變壓芯片的輸入 端直接從電池包接口取電，并接旁路電容，輸出端接電容、二極管、電感，輸出電壓為3. 3V；所述的數(shù)字電源電路模塊通過兩級變壓芯片為數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口以及外設(shè)電 源控制電路的繼電器供電，第一級變壓芯片的輸入端直接從電池包接口取電，并接旁路電 容，其輸出端接電容、二極管、電感，給繼電器供電，輸出電壓為5V，該輸出再接第二級變 壓芯片的輸入端，第二級變壓芯片的輸出端給數(shù)據(jù)處理器內(nèi)核和I/O 口供電，輸出電壓為 3. 3V。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 外擴(kuò)存儲模塊的3. 3V數(shù)字電源、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片的3. 3V數(shù)字電源、雙路AD轉(zhuǎn)換芯 片的模擬電源與數(shù)據(jù)處理器的3. 3V數(shù)字電源供電方式不同；所述的數(shù)據(jù)處理器直接從電 池包通過變壓芯片提供電源；外擴(kuò)存儲模塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片先經(jīng)過數(shù)據(jù)處理器控 制的外設(shè)電源控制電路的繼電器常開觸點(diǎn)，再經(jīng)過單獨(dú)的變壓芯片提供電源；四個數(shù)字量 傳感器集成模塊的兩片雙路傳輸總線驅(qū)動芯片采用統(tǒng)一的變壓芯片供電，由數(shù)據(jù)處理器的 I/O 口控制通斷；外擴(kuò)存儲模塊、雙路傳輸總線驅(qū)動芯片的數(shù)字電源和雙路AD轉(zhuǎn)換芯片的 模擬電源之間用磁珠進(jìn)行數(shù)模隔離；溫度傳感器從數(shù)據(jù)處理器控制的外設(shè)電源控制電路的 繼電器常開觸點(diǎn)取電，不經(jīng)過變壓芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 海底水聲通訊機(jī)集成模塊利用單獨(dú)的變壓模塊供電，232串口通訊模塊的電源從數(shù)字電源 電路模塊的變壓芯片輸出端供電，并通過撥碼開關(guān)的ON和OFF控制電源的通斷；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊的變壓模塊、海流計(jì)傳感器集成模塊的變壓模塊、硝酸鹽傳感器集 成模塊的變壓模塊、水質(zhì)儀傳感器集成模塊的變壓模塊和溶解氧傳感器集成模塊變壓模塊 均采用穩(wěn)壓隔離變壓芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的 四個數(shù)字量傳感器集成模塊之間的信號相互隔離，各個數(shù)字量傳感器模塊和水質(zhì)監(jiān)測控制 主站的信號亦相互隔離，信號傳輸時，各自的232數(shù)字信號輸出后經(jīng)各自的RS232單路驅(qū)動 芯片轉(zhuǎn)化為TTL信號后，再由輸入光電耦合器和輸出光電耦合器對TTL信號進(jìn)行隔離，然后 通過雙路傳輸總線驅(qū)動芯片把TTL信號轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)場總線協(xié)議的信號，最后所有符合現(xiàn) 場總線協(xié)議的信號利用現(xiàn)場傳輸總線的片選功能對四路數(shù)字量傳感器模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成 至數(shù)據(jù)處理器；所述的海底水聲通訊機(jī)集成模塊和水質(zhì)監(jiān)測控制主站之間的信號隔離，海底水聲通訊 機(jī)傳輸?shù)?32數(shù)字信號經(jīng)過RS232單路驅(qū)動芯片轉(zhuǎn)化為TTL信號后，再經(jīng)過輸入光電耦合 器和輸出光電耦合器對TTL信號進(jìn)行隔離，隔離后的TTL信號經(jīng)過雙路傳輸總線驅(qū)動芯片， 使TTL信號轉(zhuǎn)化為符合現(xiàn)場總線協(xié)議的信號，利用現(xiàn)場傳輸總線的片選功能對海底水聲通 訊機(jī)模塊進(jìn)行系統(tǒng)集成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述 的數(shù)據(jù)處理器采用LPC2138芯片，外擴(kuò)存儲模塊采用SD存儲卡，現(xiàn)場傳輸總線采用SPI傳 輸總線，雙路傳輸總線驅(qū)動芯片采用SC16IS762雙路SPI傳輸總線驅(qū)動芯片，RS232單路 驅(qū)動芯片采用MAX221芯片，RS232雙路驅(qū)動芯片采用MAX232芯片，輸入、輸出光電耦合器 采用4N25光電耦合器，雙路AD轉(zhuǎn)換芯片采用AD7705芯片，溫度傳感器采用LM35芯片，復(fù) 位監(jiān)測電路采用CAT809芯片，仿真調(diào)試接口采用標(biāo)準(zhǔn)20腳的JTAG仿真調(diào)試接口，實(shí)時時 鐘采用數(shù)據(jù)處理器內(nèi)部自帶的可編程的RTC實(shí)時時鐘，電池包的電池電壓為7. 5-12V，外設(shè) 電源控制電路的三極管采用9013三極管、繼電器采用UB2-4. 5NU繼電器，海底水聲通訊機(jī) 集成模塊的變壓模塊、海流計(jì)傳感器集成模塊的變壓模塊、硝酸鹽傳感器集成模塊的變壓 模塊和水質(zhì)儀傳感器集成模塊的變壓模塊均采用IB10. 805S-1W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，溶解 氧傳感器集成模塊變壓模塊采用IB10. 805S-2W穩(wěn)壓隔離變壓芯片，數(shù)字量傳感器集成模 塊的兩片雙路傳輸總線驅(qū)動芯片采用LM2575-3. 3變壓芯片供電，模擬電源電路模塊采用 LM2575-3. 3變壓芯片，數(shù)字電源電路模塊采用LM2575-5和Gl 117兩級變壓芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種近海海洋底層缺氧現(xiàn)象實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，包括水質(zhì)監(jiān)測分站、水質(zhì)監(jiān)測控制主站、水聲通訊與232串口通訊分站和電池包。水質(zhì)監(jiān)測分站包括數(shù)字量傳感器集成模塊和模擬量傳感器集成模塊，水質(zhì)監(jiān)測控制主站包括數(shù)據(jù)處理器和外擴(kuò)存儲模塊，水聲通訊與232串口通訊分站包括海底水聲通訊機(jī)集成模塊、海面水聲通訊機(jī)和232串口通訊模塊；數(shù)據(jù)處理器通過現(xiàn)場傳輸總線與數(shù)字量傳感器集成模塊、模擬量傳感器集成模塊、外擴(kuò)存儲模塊、海底水聲通訊機(jī)集成模塊相連接，數(shù)據(jù)處理器通過232總線與232串口通訊模塊相連接，電池包與水質(zhì)監(jiān)測控制主站連接。本發(fā)明具有使用安全方便、功耗低、抗干擾性強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確安全等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N33/18GK101852794SQ20101016780
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者倪曉波, 張映波, 張濤, 張禮杰, 曾定勇, 梁楚進(jìn), 殷建軍, 湯健彬, 陳建芳, 項(xiàng)祖豐, 黃大吉 申請人:國家海洋局第二海洋研究所;浙江工業(yè)大學(xué)