本發(fā)明涉及一種信標(biāo)機(jī)，更具體的說(shuō)，是涉及一種新型海洋銥星GPS信標(biāo)機(jī)。

背景技術(shù)：

在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，浮標(biāo)、潛標(biāo)、波浪能滑翔器、水下滑翔器等是獲取定點(diǎn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的最普遍的搭載平臺(tái)。作為一種連續(xù)、長(zhǎng)期、無(wú)人值守的觀測(cè)系統(tǒng)，這些海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備一直以來(lái)備受海洋研究者和海洋工程人員的青睞。浮標(biāo)、潛標(biāo)、波浪能滑翔器、水下滑翔器等海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往布放于廣袤的海面或一定深度的水下，系統(tǒng)集成了很多昂貴的測(cè)量與探測(cè)儀器設(shè)備，設(shè)備在測(cè)量過(guò)程中也存儲(chǔ)了大量的寶貴數(shù)據(jù)，如果在試驗(yàn)或者工作的過(guò)程中，設(shè)備或數(shù)據(jù)遺失將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)和科研損失。因此如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠回收是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布放前必須考慮的問(wèn)題之一。目前，基于水聲定位技術(shù)的超基線定位、長(zhǎng)基線定位及短基線定位系統(tǒng)等作為主要的水下定位技術(shù)，由于系統(tǒng)復(fù)雜、所用設(shè)備昂貴、布放回收困難，所以并沒(méi)有成為現(xiàn)今海洋環(huán)境監(jiān)控設(shè)備的主要回收方式。目前潛標(biāo)和水下工作站的回收基本上都采用了將系統(tǒng)投放時(shí)的GPS定位數(shù)據(jù)當(dāng)作回收位置的方式，但是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)容易受到海洋風(fēng)暴、漁船的拖網(wǎng)作業(yè)、洋流等各種因素的影響，系統(tǒng)在回收之前很可能會(huì)發(fā)生較大變化，這樣給海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的搜尋和回收帶來(lái)了巨大的困難，甚至可能造成設(shè)備的損壞與數(shù)據(jù)的丟失，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由于國(guó)內(nèi)還缺乏有效的用于搜尋的信標(biāo)機(jī)產(chǎn)品，往往設(shè)備布放前需要耗費(fèi)大量人力物力及財(cái)力進(jìn)行多次試驗(yàn)以提高回收可靠性，因此研發(fā)一款行之有效的海洋信標(biāo)機(jī)產(chǎn)品迫在眉睫。

信標(biāo)機(jī)是一種裝在目標(biāo)物體(火箭、飛機(jī)、船舶等)上能發(fā)射電磁信號(hào)并與雷達(dá)配合工作的電子設(shè)備，也稱應(yīng)答機(jī)或信號(hào)發(fā)生器，一般是能夠發(fā)射自身地理位置信息的單向信號(hào)發(fā)射裝置。由于信標(biāo)機(jī)能夠快速的標(biāo)示并發(fā)射攜帶當(dāng)前時(shí)間、自身經(jīng)緯度、海拔高度等時(shí)間地理位置信息的信號(hào)，因此被廣泛應(yīng)用到軍民領(lǐng)域的遇險(xiǎn)救援和目標(biāo)搜索的輔助定位中。海洋信標(biāo)機(jī)作為信標(biāo)機(jī)的一種，主要布放于海洋設(shè)備和儀器上，功能是用于實(shí)時(shí)定位當(dāng)前設(shè)備所在位置，用于對(duì)設(shè)備的監(jiān)控和回收。

當(dāng)前，海洋信標(biāo)機(jī)完成輔助潛標(biāo)系統(tǒng)等設(shè)備回收的方法一般有三種：一種是信標(biāo)機(jī)系統(tǒng)中具有GPS定位功能和衛(wèi)星通訊功能。當(dāng)潛標(biāo)浮出水面后，信標(biāo)機(jī)開(kāi)始工作，信標(biāo)機(jī)獲得當(dāng)前的位置信息，然后將獲得的位置信息通過(guò)銥星通訊系統(tǒng)，發(fā)送到搜尋船只上的接收端，接收端根據(jù)獲得的GPS位置信息能夠確定信標(biāo)機(jī)與當(dāng)前船只的相對(duì)位置。這種實(shí)現(xiàn)方法雖然定位精度高但成本也高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較麻煩，且受環(huán)境的影響比較大。另一種，信標(biāo)機(jī)系統(tǒng)中具有能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線電臺(tái)模塊，模塊每間隔一定的時(shí)間通過(guò)信標(biāo)機(jī)上的全向天線發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，而搜尋船只上的用戶端通過(guò)定線天線接收這些信息，定向天線在對(duì)準(zhǔn)信標(biāo)機(jī)時(shí)信號(hào)強(qiáng)度最大，因此可以利用獲得的信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)判斷信標(biāo)機(jī)的大致方位。這種方法的成本比較低，使用也比較方便，但是定位精度不高，而且搜尋范圍受無(wú)線模塊通信距離的限制。還有一種，信標(biāo)機(jī)在浮出水面之后，會(huì)開(kāi)啟信標(biāo)機(jī)上的高亮指示燈，指示燈每間隔一定時(shí)間閃爍一次，這樣在視野范圍比較好的海面上，搜尋人員可以很輕松的找到潛標(biāo)系統(tǒng)，尤其在夜晚使用時(shí)更為方便。這種方法的優(yōu)點(diǎn)很明顯，使用非常簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)信標(biāo)機(jī)，而不需要用戶端設(shè)備，成本非常低。缺點(diǎn)也同樣明顯，在白天使用時(shí)，不容易發(fā)現(xiàn)，而且這種類(lèi)型的設(shè)備使用距離更短，受天氣的影響也比較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星定位、無(wú)線定位、LED示警等功能的新型海洋銥星GPS信標(biāo)機(jī)，集成了衛(wèi)星定位、無(wú)線定位、LED示警、實(shí)時(shí)出水監(jiān)測(cè)、太陽(yáng)能電池板充電、電量實(shí)時(shí)顯示等功能，對(duì)于長(zhǎng)期在海洋水表面及水下使用的海洋設(shè)備具有重要意義。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種新型海洋銥星GPS信標(biāo)機(jī)，包括外殼，所述外殼內(nèi)部由下至上依次設(shè)置有電池組層、電源控制層、電路主板層、開(kāi)關(guān)控制層、天線定位層和太陽(yáng)能電池板及LED層；

所述電源控制層包括依次連接的電池充放電保護(hù)電路、5V電源穩(wěn)壓電路和3.3V電源穩(wěn)壓電路，所述電池充放電保護(hù)電路與電池組層相連接；

所述電路主板層包括由3.3V電源穩(wěn)壓電路供電的MCU電路，所述MCU電路連接有復(fù)位電路、高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、JTAG調(diào)試接口電路、銥星模塊電路、Zigbee模塊電路、模擬開(kāi)關(guān)電路、AD電壓采集電路和出水監(jiān)測(cè)電路；

所述開(kāi)關(guān)控制層包括與電池組層連接的太陽(yáng)能充放電控制器，所述太陽(yáng)能充放電控制器連接有LED控制電路，所述太陽(yáng)能充放電控制器和5V電源穩(wěn)壓電路之間連接有水密旋鈕開(kāi)關(guān)；

所述天線定位層包括連接于電池充放電保護(hù)電路和5V電源穩(wěn)壓電路之間的電源開(kāi)關(guān)、與銥星模塊電路連接的銥星天線、與Zigbee模塊電路連接的Zigbee天線、與MCU電路連接的GPS模塊、與出水監(jiān)測(cè)電路連接的出水檢測(cè)開(kāi)關(guān)、與電池充放電保護(hù)電路連接的充電口、復(fù)位電路中的復(fù)位按鍵；

所述太陽(yáng)能電池板及LED層包括與太陽(yáng)能充放電控制器連接的太陽(yáng)能電池板、與LED控制電路連接的LED燈。

所述外殼設(shè)置為T(mén)型，包括上下連接的亞克力罩和耐磨殼體，所述耐磨殼體設(shè)置為圓筒形。

所述電池組層和電源控制層之間、電源控制層和電路主板層之間、電路主板層和開(kāi)關(guān)控制層之間均采用銅柱結(jié)構(gòu)和電氣接插件的方式進(jìn)行連接；所述開(kāi)關(guān)控制層和天線定位層之間采用銅柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，所述天線定位層和太陽(yáng)能電池板及LED層之間采用銅柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。

所述復(fù)位電路、JTAG調(diào)試接口電路、Zigbee模塊電路、模擬開(kāi)關(guān)電路和AD電壓采集電路均由3.3V電源穩(wěn)壓電路供電，所述銥星模塊電路由5V電源穩(wěn)壓電路供電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：

(1)本發(fā)明相對(duì)于其他市面上的信標(biāo)機(jī)系統(tǒng)體積更小，整個(gè)設(shè)備呈圓筒狀，便于運(yùn)輸和攜帶；

(2)本發(fā)明采用不銹鋼耐磨殼體和亞克力罩，使用水密旋鈕開(kāi)關(guān)，可潛至水下4km不損壞、不漏水；

(3)本發(fā)明自帶出水檢測(cè)功能，當(dāng)海洋信標(biāo)機(jī)處于水面以下時(shí)，海洋信標(biāo)機(jī)進(jìn)入超低功耗模式以節(jié)省電量，當(dāng)自動(dòng)檢測(cè)到海洋信標(biāo)機(jī)浮出水面后，海洋信標(biāo)機(jī)退出超低功耗模式并啟動(dòng)GPS和衛(wèi)星，開(kāi)啟定位通訊。同時(shí)，出水檢測(cè)的方式不再使用傳統(tǒng)的深度計(jì)，取而代之的是使用555計(jì)數(shù)器檢測(cè)電容在海水中及在空氣中的變化從而判斷是否出水。這不僅可以降低成本、節(jié)省功耗，還可以解除深度計(jì)對(duì)信標(biāo)機(jī)體積的占用，使信標(biāo)機(jī)向更微、更簡(jiǎn)、更高可靠性的方向發(fā)展；

(4)本發(fā)明集衛(wèi)星通訊、無(wú)線通訊、LED警示燈于一體。當(dāng)前大部分的信標(biāo)機(jī)只集成了其中一種或兩種通訊回收方式。在三種通訊方式中，衛(wèi)星通訊全球定位但功耗較高，通訊環(huán)境要求比較嚴(yán)苛且頻率較慢；無(wú)線通訊功耗低、通訊頻率快，但通訊距離有限，不適合超過(guò)10km的遠(yuǎn)距離通訊；LED警示燈控制方式最為簡(jiǎn)單，使用起來(lái)也最直觀了然，但使用場(chǎng)合多為夜晚，白天使用意義不大。本海洋信標(biāo)機(jī)對(duì)三種通訊方式取其所長(zhǎng)、避其所短，互相配合完成定位回收功能。在遠(yuǎn)距離監(jiān)控時(shí)使用衛(wèi)星通訊方式，不僅可以查看當(dāng)前設(shè)備的坐標(biāo)位置還可以查看設(shè)備運(yùn)行路徑等信息，工作人員可以在陸地上就對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控；在小范圍回收時(shí)，啟動(dòng)無(wú)線通訊方式，接收定位數(shù)據(jù)的頻率要明顯高于衛(wèi)星通訊方式，可以更快速的實(shí)現(xiàn)設(shè)備的回收；在夜晚回收設(shè)備時(shí)，LED警示燈的作用效果更加明顯，能夠更加直接快速的對(duì)設(shè)備進(jìn)行回收。因此三種方式共同協(xié)作，相比傳統(tǒng)的信標(biāo)機(jī)極大的提高了工作效率；

(5)本發(fā)明可以進(jìn)行太陽(yáng)能充放電。由于傳統(tǒng)的信標(biāo)機(jī)都使用電池供電，而電池的電量是制約信標(biāo)機(jī)使用壽命的一大難點(diǎn)。對(duì)于長(zhǎng)期漂浮在海表面，接受太陽(yáng)光照射的海洋設(shè)備，太陽(yáng)能資源是取之不盡用之不竭的無(wú)限資源。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存在鋰電池中，解決了傳統(tǒng)信標(biāo)機(jī)電池電量一旦耗盡，設(shè)備就可能失聯(lián)的隱患。提高了海洋信標(biāo)機(jī)在海洋上的生存能力；

(6)本發(fā)明在衛(wèi)星通訊方面，使用的通訊方式為銥星，銥星模塊不僅體積小易封裝，而且功耗低、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單易操作、單次通訊量大等。相較于傳統(tǒng)的北斗通訊等，銥星通訊更加適合于該海洋信標(biāo)機(jī)。除此之外，相較于傳統(tǒng)的信標(biāo)機(jī)，本海洋信標(biāo)機(jī)的衛(wèi)星通訊功能可實(shí)現(xiàn)半雙工模式，設(shè)備不僅可以主動(dòng)發(fā)送經(jīng)緯度坐標(biāo)、電量值等信息給岸基，還可以對(duì)岸基站發(fā)送的指令進(jìn)行應(yīng)答和響應(yīng)，提高了海洋信標(biāo)機(jī)的智能化水準(zhǔn)；

(7)本發(fā)明在無(wú)線通訊方面，使用的無(wú)線通訊方式為Zigbee，而Zigbee技術(shù)作為組網(wǎng)通訊的最佳手段，可以在未來(lái)的使用中，多個(gè)海洋信標(biāo)機(jī)可以進(jìn)行組網(wǎng)編隊(duì)，互通信息有無(wú)。這可以將海洋信標(biāo)機(jī)從一個(gè)點(diǎn)擴(kuò)展到一個(gè)面，對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的多種設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)控和回收；

(8)本發(fā)明在主動(dòng)保護(hù)方面，自帶電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，一旦監(jiān)測(cè)到電池電量過(guò)低，本信標(biāo)機(jī)自動(dòng)降低通訊頻率并發(fā)送一組報(bào)警信號(hào)至岸基，等待救援，降低了信標(biāo)機(jī)由于電量過(guò)低而造成的丟失或損壞的可能性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的總體剖面圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明中電池組層的電路圖；

圖4是本發(fā)明中電池充放電保護(hù)電路原理圖；

圖5是本發(fā)明中5V電源穩(wěn)壓電路原理圖；

圖6是本發(fā)明中3.3V電源穩(wěn)壓電路原理圖；

圖7是本發(fā)明中磁珠接地原理圖；

圖8是本發(fā)明中MCU電路原理圖；

圖9是本發(fā)明中復(fù)位電路原理圖；

圖10是本發(fā)明中高速晶體振蕩器原理圖；

圖11是本發(fā)明中低速晶體振蕩器原理圖；

圖12是本發(fā)明中JTAG調(diào)試接口電路原理圖；

圖13是本發(fā)明中銥星模塊電路原理圖；

圖14是本發(fā)明中Zigbee模塊電路原理圖；

圖15是本發(fā)明中模擬開(kāi)關(guān)電路原理圖；

圖16是本發(fā)明中AD電壓采集電路原理圖；

圖17是本發(fā)明中出水監(jiān)測(cè)電路原理圖；

圖18是本發(fā)明中太陽(yáng)能充放電控制器電路原理圖；

圖19是本發(fā)明中水密旋鈕開(kāi)關(guān)電路原理圖；

圖20是本發(fā)明中LED電源控制電路原理圖；

圖21是本發(fā)明中LED穩(wěn)流電路原理圖；

圖22是本發(fā)明的軟件設(shè)計(jì)流程圖。

附圖標(biāo)記:Ⅰ電池組層；Ⅱ電源控制層；Ⅲ電路主板層；Ⅳ開(kāi)關(guān)控制層；

Ⅴ天線定位層；Ⅵ太陽(yáng)能電池板及LED層；Ⅶ亞克力罩；Ⅷ耐磨殼體；

C1第一電容；C2第二電容；C3第三電容；C4第四電容；C5第五電容；C6第六電容；C7第七電容；C8第八電容；C9第九電容；C10第十電容；C11第十一電容；C12第十二電容；C13第十三電容；C14第十四電容；C15第十五電容；C16第十六電容；C17第十七電容；C18第十八電容；C19第十九電容；C20第二十電容；C21第二十一電容；R1第一電阻；R2第二電阻；R3第三電阻；R4第四電阻；R5第五電阻；R6第六電阻；R7第七電阻；R8第八電阻；R9第九電阻；R10第十電阻；R11第十一電阻；Q1第一N溝道MOS管；Q2第二N溝道MOS管；Q3第三N溝道MOS管；Q4三極管；S1電源開(kāi)關(guān)；K1復(fù)位按鍵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明的一種新型海洋銥星GPS信標(biāo)機(jī)，如圖1所示，包括外殼，所述外殼設(shè)置為T(mén)型，包括上下連接的亞克力罩Ⅶ和耐磨殼體Ⅷ，所述耐磨殼體Ⅷ設(shè)置為圓筒形，采用不銹鋼制作。所述外殼內(nèi)部設(shè)置為六大模塊，每一個(gè)模塊占據(jù)一層，包括由下至上依次設(shè)置的電池組層Ⅰ、電源控制層Ⅱ、電路主板層Ⅲ、開(kāi)關(guān)控制層Ⅳ、天線定位層Ⅴ和太陽(yáng)能電池板及LED層Ⅵ，如圖2所示。為了適應(yīng)多種海洋平臺(tái)，尤其是對(duì)于波浪能滑翔器、水下滑翔器等體積較小的海洋移動(dòng)平臺(tái)，海洋信標(biāo)機(jī)的尺寸應(yīng)盡量減小以滿足海洋平臺(tái)的可掛載性。基于這種目的，對(duì)海洋信標(biāo)機(jī)的多層模塊進(jìn)行疊加式排放，組成一個(gè)層疊式的圓柱狀形態(tài)，盡可能的減小了信標(biāo)機(jī)的體積。所述電池組層Ⅰ和電源控制層Ⅱ之間、電源控制層Ⅱ和電路主板層Ⅲ之間、電路主板層Ⅲ和開(kāi)關(guān)控制層Ⅳ之間均采用銅柱結(jié)構(gòu)和電氣接插件的方式進(jìn)行連接；所述開(kāi)關(guān)控制層Ⅳ和天線定位層Ⅴ之間采用銅柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，所述天線定位層Ⅴ和太陽(yáng)能電池板及LED層Ⅵ之間采用銅柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。各個(gè)模塊層之間以接插件的方式進(jìn)行連接，層層相扣，最大程度的減小了海洋信標(biāo)機(jī)占用的體積。下面就每一層進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、電池組層Ⅰ

所述電池組層Ⅰ為整個(gè)系統(tǒng)提供電源，可采用16節(jié)鋰電池進(jìn)行8并2串組成，單只鋰電池電壓為3～4.2V，容量為1.7Ah，組合后的電池總電壓為6～8.4V，容量為13.6Ah，如圖3所示，其中，BTI～BT16分別代表鋰電池。

二、電源控制層Ⅱ

所述電源控制層Ⅱ?qū)囯姵剌敵龅碾娫催M(jìn)行穩(wěn)壓和降壓，同時(shí)在鋰電池充放電過(guò)程中進(jìn)行保護(hù)，防止由于鋰電池異常充放電造成損壞或爆炸。所述電源控制層Ⅱ包括依次連接的電池充放電保護(hù)電路、5V電源穩(wěn)壓電路和3.3V電源穩(wěn)壓電路，所述電池充放電保護(hù)電路與電池組層Ⅰ相連接。

(1)電池充放電保護(hù)電路

所述電池充放電保護(hù)電路可以在鋰電池的充電過(guò)程中，監(jiān)控過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)放、短路等異常行為的發(fā)生，防止因?yàn)殇囯姵氐漠惓３浞烹娫斐尚艠?biāo)機(jī)電源系統(tǒng)的故障。根據(jù)實(shí)際情況，選擇日本精工半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的電池保護(hù)芯片S-8252，S-8252系列內(nèi)置高精度電壓檢測(cè)電路和延遲電路，是用于2節(jié)串聯(lián)鋰離子/鋰聚合物可充電電池的保護(hù)IC。S-8252系列最適合于對(duì)2節(jié)串聯(lián)鋰離子/鋰聚合物可充電電池組的過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流的保護(hù)。

通過(guò)S-8252搭建的電池充放電保護(hù)電路如圖4所示，所述電池保護(hù)芯片S-8252的正電源輸入端VDD連接有第一電阻R1,所述電池保護(hù)芯片S-8252的電池正負(fù)極連接端VC連接有第二電阻R2，所述正電源輸入端VDD和負(fù)電源輸入端VSS之間連接有第一電容C1，所述電池正負(fù)極連接端VC和負(fù)電源輸入端VSS之間連接有第二電容C2，所述電池保護(hù)芯片S-8252的放電控制端DO和負(fù)電源輸入端VSS之間連接有第一N溝道MOS管Q1，所述第一N溝道MOS管Q1和充電控制端CO之間連接有第二N溝道MOS管Q2，所述第二N溝道MOS管Q2和電壓檢測(cè)端VM之間連接有第三電阻。所述第一電阻R1一端連接正電源輸入端VDD，另一端連接電池組層Ⅰ的電源正極，也就是圖4中的BATTERY+與圖3中的BATTERY+相連接；所述第二電阻R2一端連接電池正負(fù)極連接端VC，另一端連接電池組層Ⅰ中兩組鋰電池的連接端，也就是圖4中的B-與圖3中的B-相連接；所述負(fù)電源輸入端VSS連接電池組層Ⅰ的電源負(fù)極，也就是圖4中的BATTERY-與圖3中的BATTERY-相連接。其中，BATTERY+、BATTERY-是16節(jié)鋰電池8并2串組合后輸出的總電源正與總電源負(fù)，POWER+、POWER-是經(jīng)過(guò)充放電保護(hù)電路保護(hù)后供給整個(gè)電路使用的負(fù)載電源的正極與負(fù)極。第一電阻R1、第二電阻R2是用以防止靜電沖擊及電源波動(dòng)，并檢測(cè)過(guò)充電電壓值，電阻值均在470Ω時(shí)，電壓檢測(cè)比較精確。第三電阻R3是充電器反接抑制電阻，為控制充電器在逆連接時(shí)的流經(jīng)電流，其值盡可能取大，在此選擇2K效果較好。第一電容C1、第二電容C2均采用濾波電容，典型值為0.01pF。第一N溝道MOS管Q1用于電源的放電控制，第二N溝道MOS管Q2用于電源的充電控制。

(2)5V電源穩(wěn)壓電路

5V電源供給大部分的傳感器及外部設(shè)備使用，電路如圖5所示。其中，采用7805三端穩(wěn)壓集成電路作為5V電源的穩(wěn)壓電源，7805的電源輸入口IN和接地端COMN之間并聯(lián)有第三電容C3和第五電容C5，7805的電源輸出口OUT和接地端COMN之間連接有第四電容C4。其中，所述第三電容C3和第四電容C4均采用濾波電容，選取無(wú)極性獨(dú)石電容，容量為0.01uF。所述第五電容C5為整流電容，整合來(lái)自電池組輸出的電源，選取極性鉭電容，容量為2.2uF/16V。所述第五電容C5的輸入端還連接有電源開(kāi)關(guān)S1,電源開(kāi)關(guān)S1的另一端連接經(jīng)充放電保護(hù)電路的電源正極，也就是圖5中的POWER+連接至圖4中的POWER+。

(3)3.3V電源穩(wěn)壓電路

3.3V主要用于MSP430核心芯片及GPS、Zigbee等模塊的使用，電路如圖6所示。采用ASM1117穩(wěn)壓器作為3.3V電源的穩(wěn)壓電源，ASM1117穩(wěn)壓器的電源輸入口VIN和接地端GND之間并聯(lián)有第六電容C6和第七電容C7，所述電源輸出口VOUT和接地端GND之間并聯(lián)有第八電容C8和第九電容C9，ASM1117穩(wěn)壓器的電源輸入口VIN連接5V電源穩(wěn)壓電路的輸出端，也就是圖6中的5V連接至圖5中的5V。其中，所述第六電容C6和第九電容C9均采用濾波電容，選取無(wú)極性獨(dú)石電容，容量為0.01uF。所述第七電容C7和第八電容C8均采用整流電容，選取極性鉭電容，容量均為10uF/16V。

除此之外，圖5和圖6中所有的地線部分均使用磁珠或0歐電阻進(jìn)行連接，如圖7所示。其中，圖7中的POWER-連接至圖4中的POWER-，F(xiàn)B1、FB2分別表示第一磁珠和第二磁珠。

三、電路主板層Ⅲ

所述主板電路層是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元，上含主控芯片，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的工作進(jìn)行調(diào)度，同時(shí)包含用于通訊的Zigbee模塊和銥星模塊，并帶有電池電量監(jiān)測(cè)及出水監(jiān)測(cè)功能。所述電路主板層Ⅲ包括由3.3V電源穩(wěn)壓電路供電的MCU電路，所述MCU電路連接有復(fù)位電路、高速晶體振蕩器、低速晶體振蕩器、JTAG調(diào)試接口電路、銥星模塊電路、Zigbee模塊電路、模擬開(kāi)關(guān)電路、AD電壓采集電路和出水監(jiān)測(cè)電路。所述復(fù)位電路、JTAG調(diào)試接口電路、Zigbee模塊電路、模擬開(kāi)關(guān)電路和AD電壓采集電路均由3.3V電源穩(wěn)壓電路供電，所述銥星模塊電路由5V電源穩(wěn)壓電路供電。

(1)MCU電路

主控芯片選用MSP430F149，MSP430F149芯片是美國(guó)TI公司推出的超低功耗微處理器，有60KB+256字節(jié)FLASH、2KB RAM，包括基本時(shí)鐘模塊、看門(mén)狗定時(shí)器、帶3個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器、帶7個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器、2個(gè)具有中斷功能的8位并行端口、4個(gè)8位并行端口、模擬比較器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)串行通信接口等模塊。

MSP430F149芯片具有如下特點(diǎn)：①功耗低：電壓2.2V、時(shí)鐘頻率1MHz時(shí)，活動(dòng)模式為200μA；關(guān)閉模式時(shí)僅為0.1A，且具有5種節(jié)能工作方式；②高效16位RISC-CPU，27條指令，8MHz時(shí)鐘頻率時(shí)，指令周期時(shí)間為125ns，絕大多數(shù)指令在一個(gè)時(shí)鐘周期完成；32kHz時(shí)鐘頻率時(shí)，16位MSP430單片機(jī)的執(zhí)行速度高于典型的8位單片機(jī)20MHz時(shí)鐘頻率時(shí)的執(zhí)行速度；③低電壓供電、寬工作電壓范圍：1.8～3.6V；④靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)：兩個(gè)外部時(shí)鐘和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘；⑤低時(shí)鐘頻率可實(shí)現(xiàn)高速通信；⑥具有串行在線編程能力；⑦強(qiáng)大的中斷功能；⑧喚醒時(shí)間短，從低功耗模式下喚醒僅需6μs；⑨ESD保護(hù)，抗干擾力強(qiáng)；⑩運(yùn)行環(huán)境溫度范圍為-40～+85℃，適合于工業(yè)環(huán)境。

MSP430系列單片機(jī)的所有外圍模塊的控制都是通過(guò)特殊寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故其程序的編寫(xiě)相對(duì)簡(jiǎn)單。編程開(kāi)發(fā)時(shí)通過(guò)專用的編程器，可以選擇匯編或C語(yǔ)言編程，IAR公司為MSP430系列的單片機(jī)開(kāi)發(fā)了專用的C430語(yǔ)言，可以通過(guò)WORKBENCH和C-SPY直接編譯調(diào)試，使用靈活簡(jiǎn)單。芯片原理圖如圖8所示，其中，MSP430芯片的接地端DVcc連接有第十電容C10，MSP430芯片的電源輸入端AVcc連接有第十一電容C11，所述第十電容C10、第十一電容C11、接地端AVss、接地端DVss均連接至3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V，MSP430芯片的電源輸入端AVcc連接至圖6中3.3V輸出端。

(2)復(fù)位電路

手動(dòng)復(fù)位是主控系統(tǒng)常用的功能，如圖9所示，包括串聯(lián)于3.3V電源穩(wěn)壓電路的3.3V輸出端和接地端DGND_3.3V之間的第四電阻R4和第十二電容C12，所述第十二電容C12兩端并聯(lián)有復(fù)位按鍵K1，另外，圖9中的RST端連接至圖8中的復(fù)位端口RST(引腳58)。當(dāng)復(fù)位按鍵K1被按下后，RST由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，MCU復(fù)位引腳58被拉低，系統(tǒng)復(fù)位。

(3)高速晶體振蕩器

MSP430系列單片機(jī)時(shí)鐘模塊包括數(shù)控振蕩器(DCO)、高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器等3個(gè)時(shí)鐘源。這是為了解決系統(tǒng)的快速處理數(shù)據(jù)要求和低功耗要求的矛盾，通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)鐘源或?yàn)闀r(shí)鐘設(shè)計(jì)各種不同工作模式，才能解決某些外圍部件實(shí)時(shí)應(yīng)用的時(shí)鐘要求，如低頻通信、LCD顯示、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。數(shù)字控制振蕩器DCO已經(jīng)集成在MSP430內(nèi)部，在系統(tǒng)中只需設(shè)計(jì)高速晶體振蕩器和低速晶體振蕩器兩部分電路。

如圖10所示，所述高速晶體振蕩器包括第二晶振Y2(8MHz)，所述第二晶振Y2連接于MSP430芯片的晶振2起振輸入端XT2IN(引腳53)和晶振2起振輸出端XT2OUT(引腳52)之間，所述第二晶振Y2的兩端分別外接第十三電容C13和第十四電容C14，所述第十三電容C13和第十四電容C14均連接至3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V。其中，所述第十三電容C13和第十四電容C14均采用22pF。

(4)低速晶體振蕩器

低速晶體振蕩器滿足了低功耗及使用32.768kHz晶振的要求，低速晶體振蕩器默認(rèn)工作在低頻模式，即32.768kHz，還可以通過(guò)外接450kHz～8MHz的高速晶體振蕩器或陶瓷諧振器工作在高頻模式，在本發(fā)明電路中我們使用低頻模式。

如圖11所示，所述低速晶體振蕩器包括第一晶振Y1(32.768kHz)，所述第一晶振Y1連接于MSP430芯片的晶振1起振輸入端XIN(引腳8)和晶振1起振輸出端XOUT/TCLK(引腳9)之間，所述第一晶振Y1的兩端分別外接第十五電容C15和第十六電容C16，所述第十五電容C15和第十六電容C16均連接至3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V。其中，所述第十五電容C15和第十六電容C16均采用22pF。

(5)JTAG調(diào)試接口電路

MSP430系列單片機(jī)支持JTAG調(diào)試接口，可以實(shí)現(xiàn)程序的在線調(diào)試和燒寫(xiě)功能，如圖12所示。所述JTAG調(diào)試接口電路由JTAG-14芯片構(gòu)成，所述JTAG-14芯片的數(shù)據(jù)輸出端口TDO連接至圖8中MSP430芯片的引腳54，所述JTAG-14芯片的數(shù)據(jù)輸入端口TDI連接至圖8中MSP430芯片的引腳55，所述JTAG-14芯片的模式選擇端口TMS連接至圖8中MSP430芯片的引腳56，所述JTAG-14芯片的時(shí)鐘端口TCK連接至圖8中MSP430芯片的引腳57，所述JTAG-14芯片的復(fù)位端口TMS連接至圖8中MSP430芯片的引腳58，所述JTAG-14芯片的電源地端口GND連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V，所述JTAG-14芯片的電源端口VCC(引腳4)連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V。

(6)銥星模塊電路

考慮到海洋信標(biāo)機(jī)的全球通訊定位能力，選用銥星模塊IRIDIUM9603作為海洋信標(biāo)機(jī)的衛(wèi)星通訊手段。IRIDIUM9603的主要特點(diǎn)：①雙向數(shù)據(jù)傳輸；②頻率：1616MHz～1626.5MHz；③傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋全球；④透明數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)附加協(xié)議，編程方便；⑤通信接口為T(mén)TL接口，方便與MCU直接連接；⑥功耗較低，靜態(tài)平均功耗≤1W；⑦體積小，安置簡(jiǎn)單，可適用于小型儀器。

如圖13所示，銥星模塊IRIDIUM9603采用5V直流電源供電，將銥星模塊IRIDIUM9603的兩個(gè)電源正端口EXT_PWR均連接至圖5中5V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端5V。所述銥星模塊IRIDIUM9603的兩個(gè)電源地端口EXT_GND、三個(gè)信號(hào)地端口SIG_GND均連接至圖5中5V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_5V。所述銥星模塊IRIDIUM9603的使能端口ON/OFF連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.1(引腳37)，用于控制銥星模塊的軟上電。其中，DF_S_TX為數(shù)據(jù)發(fā)送端口，DF_S_RX為數(shù)據(jù)接收端口，銥星數(shù)據(jù)的收發(fā)通過(guò)該端口完成。

(7)Zigbee模塊電路

除了衛(wèi)星通訊手段，增加一組無(wú)通訊模塊作為輔助手段?？紤]到未來(lái)設(shè)備組網(wǎng)的可能性，選用Zigbee技術(shù)作為無(wú)線通訊方式。Zigbee是一種功率消耗很低的局域網(wǎng)通訊協(xié)議，該協(xié)議傳輸距離短、功率低且屬于無(wú)線通訊。選用SM63A作為Zigbee通訊模塊。SM63A工作電壓為1.8～3.6V，工作功率較低，接收電流為18.5mA，發(fā)送電流為25mA，支持多信道通訊，自動(dòng)避免信道干擾，SM63A使用頻率為240MHz～930MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為1200～38400Bit/s。

如圖14所示，采用3.3V直流電源為Zigbee模塊供電，將Zigbee模塊的電源端口VCC連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V，Zigbee模塊的電源地端口GND連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V。Zigbee模塊的使能端口ON/OFF連接第五電阻R5后，連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.7(引腳43)，用于控制Zigbee模塊的軟上電。其中，RXD為數(shù)據(jù)接收端口，TXD為數(shù)據(jù)發(fā)送端口，Zigbee數(shù)據(jù)的收發(fā)通過(guò)該端口完成。

(8)模擬開(kāi)關(guān)電路

由于MSP430F149串口資源有限，考慮到銥星模塊電路和Zigbee模塊電路的分時(shí)工作性，為了節(jié)省串口資源，使用模擬開(kāi)關(guān)CD4066芯片對(duì)銥星模塊電路和Zigbee模塊電路的串口資源進(jìn)行分時(shí)復(fù)用。

如圖15所示，CD4066芯片的A路輸入端口AI連接至圖13中銥星模塊的數(shù)據(jù)接收端口DF_S_RX，B路輸入端口BI連接至圖14中Zigbee模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端口TXD，A路輸出端口AO和B路輸出端口BO均連接至圖8中MSP430芯片的銥星/Zigbee數(shù)據(jù)接收端口RX_1(引腳35)。CD4066芯片的C路輸入端口CI連接至圖13中銥星模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端口DF_S_TX，D路輸入端口DI連接至圖14中Zigbee模塊的數(shù)據(jù)接收端口RXD，C路輸出端口CO和D路輸出端口DO均連接至圖8中MSP430芯片的銥星/Zigbee數(shù)據(jù)發(fā)送端口TX_1(引腳34)。CD4066芯片的A路控制端口CA連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.6(引腳42)，B路控制端口CB連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.5(引腳41)，C路控制端口CC連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.4(引腳40)，D路控制端口CD連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.3(引腳39)，通過(guò)控制P4.3～P4.6的高低電平，從而控制CD4066A、B、C、D四路開(kāi)關(guān)的通斷，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)復(fù)用。CD4066芯片的電源正端口VDD連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V，電源地端口VSS連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V。

(9)AD電壓采集電路

考慮到海洋信標(biāo)機(jī)是由電池進(jìn)行供電，電量監(jiān)控是海洋信標(biāo)機(jī)重要的一部分。本文使用INA194芯片對(duì)系統(tǒng)的總電壓進(jìn)行AD采集，采集得到的AD數(shù)值通過(guò)運(yùn)算和比較，得出電池包輸出的電壓值，從而判斷電池包電量大小。INA194芯片具有以下優(yōu)點(diǎn)：從-16V～+80V的寬共模電壓，低誤差，高達(dá)500kHz的帶寬，最大靜態(tài)電流為900mA，滿足了海洋信標(biāo)機(jī)對(duì)電壓的采集。

如圖16所示，INA194芯片的電壓檢測(cè)輸入端負(fù)端口VIN-和電壓檢測(cè)輸入端正端口VIN+之間連接有第六電阻R6，電壓檢測(cè)輸入端負(fù)端口VIN-和電源地端口GND之間連接有第七電阻R7，電壓檢測(cè)輸入端正端口VIN+連接至圖4中電池充放電保護(hù)電路的電壓輸出端POWER+，INA194芯片的輸出端口OUT連接至圖8中MSP430芯片的AD采集接口P6.6(引腳5)，電源地端口GND連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V，電源正端口VCC連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V。其中，所述第六電阻R6可選用1K，第七電阻R7可選用300K。INA194通過(guò)采集第六電阻R6兩端的電壓，在1腳輸出，由MCU進(jìn)行AD采集，從而獲得電壓值。

(10)出水監(jiān)測(cè)電路。

本海洋信標(biāo)機(jī)十分重要的一個(gè)功能是能夠進(jìn)行出水檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到海洋信標(biāo)機(jī)出水后進(jìn)行衛(wèi)星通訊定位，否則海洋信標(biāo)機(jī)會(huì)一直處于超低功耗模式，節(jié)省電量。本文選用NE555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，如圖17所示，NE555定時(shí)器的放電端口DIS和電源正端口VCC連接有第八電阻R8，電源正端口VCC和復(fù)位端口RST均連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V，輸出端口OUT連接第十電阻R10后連接至圖8中MSP430芯片的I/O端口P4.0/TB0(引腳36)，控制電壓端口CON和電源地端口GND之間連接有第二十一電容C21，出發(fā)端口TRI和電源地端口GND之間串聯(lián)有第十九電容C19和第二十電容C20，放電端口DIS串聯(lián)有第九電阻R9、第十七電容C17和第十八電容C18。其中，第八電阻R8和第九電阻R9并聯(lián)連接，閾值電壓端口THR和出發(fā)端口TRI相連接，電源地端口GND連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的接地端DGND_3.3V。NET+和DGND_3.3V分別連接至海洋信標(biāo)機(jī)外殼的頂部和底部并裸露在外部空氣中。

具體的工作流程為系統(tǒng)上電后，如果海洋機(jī)在水面以下，此時(shí)NET+和DGND_3.3V短路，電源3.3V通過(guò)第九電阻R9和第八電阻R8對(duì)第十七電容C17充電，第十七電容C17通過(guò)第九電阻R9對(duì)地放電，使Uc下降。當(dāng)Uc下降到一點(diǎn)電壓后，電源通過(guò)第九電阻R9和第八電阻R8又對(duì)第十七電容C17充電，Uc再次上升，如此充放電周而復(fù)始，從而在NE555的第3腳的輸出端得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。因此當(dāng)匹配好第十七電容C17后，即可在NE555的OUT端得到連續(xù)的脈沖波形。當(dāng)海洋信標(biāo)機(jī)出水后，NET+與DGND_3.3V斷開(kāi)，電容無(wú)法進(jìn)行充電，NE555定時(shí)器的輸出端口OUT持續(xù)輸出低電平。因此，MCU通過(guò)采集NE555的第三腳的電平狀態(tài)即可判斷海洋.信標(biāo)機(jī)是否出水。

四、開(kāi)關(guān)控制層Ⅳ

所述開(kāi)關(guān)控制層Ⅳ包括與電池組層Ⅰ連接的太陽(yáng)能充放電控制器，所述太陽(yáng)能充放電控制器連接有LED控制電路，所述太陽(yáng)能充放電控制器和5V電源穩(wěn)壓電路之間連接有水密旋鈕開(kāi)關(guān)。其中，太陽(yáng)能充放電控制器主要功能是用于太陽(yáng)能電池板對(duì)鋰電池進(jìn)行充放電時(shí)的保護(hù)

(1)太陽(yáng)能充放電控制器和水密旋鈕開(kāi)關(guān)

本海洋信標(biāo)機(jī)使用穩(wěn)控科技生產(chǎn)的SX01多功能太陽(yáng)能充放電控制器作為主控制器，該控制器采用一鍵式輕觸開(kāi)關(guān)，完成所有操作及設(shè)置。同時(shí)本控制器通過(guò)電腦芯片對(duì)鋰電池的端電壓、放電電流、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行采樣，通過(guò)專用控制模式計(jì)算，實(shí)現(xiàn)符合鋰電池特性的放電率、溫度補(bǔ)償修正的高效、高準(zhǔn)確率控制，并采用了高效PWM鋰電池的充電模式，保證鋰電池工作在最佳狀態(tài)，大大延長(zhǎng)了鋰電池的使用壽命。本控制器應(yīng)用于最大太陽(yáng)能板規(guī)格18V/40W，最大負(fù)載12V/36W的輸出。同時(shí)，該控制器自帶防止鋰電池過(guò)度充電、過(guò)度放電，支持晚間方向放電及PWM浮充保護(hù)。

如圖18所示，SX01多功能太陽(yáng)能充放電控制器的電池負(fù)極端口BAT-連接至圖3中的電池組負(fù)極端BATTERY-，電池正極端口BAT+連接至圖3中的電池組正極端BATTERY+，負(fù)載輸出端1負(fù)極OUT1-、負(fù)載輸出端2負(fù)極OUT2-、負(fù)載輸出端3負(fù)極OUT3-和負(fù)載輸出端4負(fù)極OUT4-均連接至圖4中電池組保護(hù)電路輸出端負(fù)極POWER-。SX01多功能太陽(yáng)能充放電控制器的負(fù)載電源輸出正極OUT+連接一個(gè)水密旋鈕開(kāi)關(guān)SWITCH，如圖19所示，水密旋鈕開(kāi)關(guān)SWITCH的引腳1連接至圖5中的POWER_LOAD。水密旋鈕開(kāi)關(guān)SWITCH閉合，POWER_LOAD+接通POWER_LOAD，系統(tǒng)上電；水密旋鈕開(kāi)關(guān)SWITCH斷開(kāi)，POWER_LOAD+斷開(kāi)POWER_LOAD，系統(tǒng)掉電，從而實(shí)現(xiàn)了水密旋鈕開(kāi)關(guān)SWITCH對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的上掉電控制。

(2)LED控制電路

LED控制電路包括LED電源控制電路和LED穩(wěn)流電路。如圖20所示，LED電源控制電路包括三極管Q4，所述三極管Q4的基極連接第十一電阻R11后，連接至圖8中MSP430芯片的端口P5.0(引腳44)。所述三極管Q4的集電極連接第十二電阻R12后，連接至圖6中3.3V電源穩(wěn)壓電路的電壓輸出端3.3V。所述三極管Q4的集電極和發(fā)射極之間連接有第三N溝道MOS管Q3，所述第三N溝道MOS管Q3的G極連接至圖6中接地端DGND_3.3V。

如圖21所示，所述LED穩(wěn)流電路包括并聯(lián)連接的AMC7135，本專利中使用了2顆AMC7135并聯(lián)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED燈，并流后的電流為700mA，也可以選用3顆AMC7135，電流1A，但這樣LED發(fā)熱會(huì)很明顯，而且多出的亮度人眼很難看出差別，并造成電能的浪費(fèi)，故在此選擇兩顆AMC7135并聯(lián)作為穩(wěn)流源。每一個(gè)LED燈串聯(lián)于一組AMC7135的輸出端OUT和電源正極VDD之間，且每個(gè)AMC7135的電源負(fù)極均連接至圖20中第三N溝道MOS管Q3的S極。

由MCU的I/O口驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管Q4，再由三極管Q4驅(qū)動(dòng)第三N溝道MOS管Q3作為電源通斷的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)LED燈亮滅的控制。

五、天線定位層Ⅴ

天線定位層Ⅴ處于整個(gè)電路系統(tǒng)的次頂端，所述天線定位層Ⅴ主要集成了一些模塊天線和接口，包括電源開(kāi)關(guān)、銥星天線、Zigbee天線、GPS模塊、出水檢測(cè)開(kāi)關(guān)、充電口、復(fù)位按鍵等。其中，GPS模塊用以進(jìn)行定位功能，提供時(shí)間、經(jīng)緯度、海拔高度等參數(shù)；Zigbee天線和銥星天線用以加強(qiáng)無(wú)線通訊和銥星通訊時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，使數(shù)據(jù)傳輸更遠(yuǎn)更可靠。其他設(shè)備均為一些接口和開(kāi)關(guān)，不再贅述。

所述電源開(kāi)關(guān)連接于電池充放電保護(hù)電路和5V電源穩(wěn)壓電路之間,如圖5中所示的S1。所述銥星天線連接至圖13中銥星模塊的外部天線接口ANT_EXT(ANT_IRIDIUM)，所述Zigbee天線連接至圖14中Zigbee模塊的外部天線接口ANT_EXT(ANT_ZIGBEE)，所述GPS模塊連接至圖8中MSP430芯片的GPS數(shù)據(jù)接收端RX_GPS(引腳33)，所述出水檢測(cè)開(kāi)關(guān)連接于圖17中出水監(jiān)測(cè)電路的NET+和DGND_3.3V之間，所述充電口連接于圖4中電池充放電保護(hù)電路的POWER+和POWER-之間，所述復(fù)位按鍵與復(fù)位電路相連接，如圖9中所示的K1。

六、太陽(yáng)能電池板及LED層Ⅵ

太陽(yáng)能電池板及LED層Ⅵ處于海洋信標(biāo)機(jī)的最頂端，與天線定位層Ⅴ幾乎平齊，包含兩部分：太陽(yáng)能電池板和LED燈。其上包含多塊太陽(yáng)能電池板用于收集太陽(yáng)能以給鋰電池充電，并集成了多顆紅藍(lán)LED爆閃燈，用于示警。太陽(yáng)能電池板一共有8塊，單塊太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)光較強(qiáng)烈的照射下，能夠輸出5V/60mA的電壓。8塊電池的級(jí)聯(lián)方式為4并2串，級(jí)聯(lián)后能夠提供10V/240mA的電壓輸出，太陽(yáng)能電池板輸出的電壓作為輸入連接至太陽(yáng)能充放電控制器，也就是太陽(yáng)能電池板連接于圖18中SX01多功能太陽(yáng)能充放電控制器的太陽(yáng)能電池板正極SOLAR+和太陽(yáng)能電池板負(fù)極SOLAR-之間，該層太陽(yáng)能充放電控制器通過(guò)內(nèi)部芯片調(diào)制可以以8.4V/240mA的電壓給鋰電池組進(jìn)行充電。

同時(shí)，在該層集成了8顆3W高亮紅藍(lán)LED燈珠，如圖21所示的LED(D1、D2、D3、D4等)，LED燈珠的亮滅由芯片進(jìn)行控制，作為回收時(shí)的一種輔助手段，在夜晚的使用場(chǎng)合十分有意義。其示意圖八塊太陽(yáng)能電池板兩兩一組平鋪在電路板上，在電池板中間，靠近外延部分放置兩顆LED紅藍(lán)警示燈。由于天線定位中的天線不能被其他物體遮擋，因此在該層電路板中間掏出一個(gè)圓形洞孔用以安置天線定位層Ⅴ的電路板。

海洋信標(biāo)機(jī)除了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)外，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也很重要。一個(gè)完整可靠、邏輯清晰、有序執(zhí)行的算法流程則是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分。本海洋信標(biāo)機(jī)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖22所示。首先通過(guò)外部的水密旋鈕開(kāi)關(guān)對(duì)海洋信標(biāo)機(jī)進(jìn)行上電操作，上電后，系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊啟動(dòng)初始化，包括IO口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、UART串口、AD采集模塊等。初始化完成后的第一步是判斷海洋信標(biāo)機(jī)是否在水中，通過(guò)NE555輸出的脈沖經(jīng)過(guò)MCU定時(shí)計(jì)數(shù)器的采集，可判斷海洋信標(biāo)機(jī)是否入水。如果此時(shí)設(shè)備在水中，MCU將切斷所有用電設(shè)備的電源，并將除了低頻振蕩器以外的所有外設(shè)資源全部關(guān)閉，進(jìn)入超低功耗模式。MCU通過(guò)低頻振蕩器進(jìn)入計(jì)時(shí)操作，每隔5分鐘觸發(fā)一次MCU喚醒，查詢并判斷海洋信標(biāo)機(jī)是否出水。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備出水后，打開(kāi)GPS啟動(dòng)定位，并延時(shí)判斷GPS的定位數(shù)據(jù)是否有效。如果GPS的數(shù)據(jù)一直無(wú)效，則將GPS掉電后再次啟動(dòng)定位，如果五分鐘以內(nèi)數(shù)據(jù)一直無(wú)效。則關(guān)閉GPS，并發(fā)送故障指令至岸基站。當(dāng)GPS定位數(shù)據(jù)有效后，首先啟動(dòng)Zigbee無(wú)線模塊，將當(dāng)前位置的經(jīng)緯度以廣播的形式間隔五分鐘進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)銥星模塊上電，銥星啟動(dòng)搜星，當(dāng)銥星的信號(hào)強(qiáng)度足夠后，將當(dāng)前位置的經(jīng)緯度通過(guò)銥星發(fā)送到指定的岸基站。如果在銥星發(fā)送過(guò)程中，出現(xiàn)發(fā)送失敗或者其他異常問(wèn)題，則進(jìn)行多次嘗試。若3次嘗試后仍未成功，則不再通訊，關(guān)閉銥星電源等待下次定位。如果在銥星通訊過(guò)程中，有接收到來(lái)自岸基站發(fā)來(lái)的衛(wèi)星指令，海洋信標(biāo)機(jī)要接收并解析出該指令，并根據(jù)指令的相關(guān)內(nèi)容，響應(yīng)相應(yīng)操作，具體操作有回傳當(dāng)前電壓值、修改通訊頻率、開(kāi)啟LED燈等。

盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的功能及工作過(guò)程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過(guò)程，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。