基于can總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置、系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及海洋環(huán)境信息監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于控制器局域網(wǎng)絡(luò) (Controller Area Network，CAN)總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置、系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 投棄式溫度探頭（expendable bathythermograph，簡(jiǎn)稱(chēng)XBT)，可以在不影響船艦 航行狀態(tài)下，快速獲取海洋溫度剖面，用來(lái)解決船艦在機(jī)動(dòng)狀態(tài)下的海洋環(huán)境參數(shù)測(cè)量問(wèn) 題，同時(shí)也是海洋調(diào)查、水聲探測(cè)等方面非常重要的測(cè)量裝備和測(cè)量手段。
[0003] XBT主要由姿態(tài)控制部件、溫度傳感器、信號(hào)傳輸線(xiàn)等組成。探頭上的姿態(tài)控制 部件，使探頭按照一定的規(guī)律在海水中下降。投放XBT后，當(dāng)探頭到達(dá)海面時(shí)，數(shù)據(jù)采集板 上的計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，這樣由探頭的下降速度和下降時(shí)間，就可以計(jì)算出探頭在海水中的 深度值；同時(shí)，安裝在探頭前端的溫度傳感器，把海水的溫度值按一定的規(guī)律，轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 的電阻值，并通過(guò)信號(hào)傳輸線(xiàn)，把溫度傳感器的電阻值，實(shí)時(shí)地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中用于采 樣。根據(jù)電阻值就可以計(jì)算出當(dāng)前海水的溫度值，從而得到海水的溫度深度剖面數(shù)據(jù)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，XBT的測(cè)量精度不是很高，而且采用485總線(xiàn)通訊方式與上位機(jī)進(jìn)行 通訊，雖然485總線(xiàn)協(xié)議簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，但是具有糾錯(cuò)能力差，傳輸距離短等缺點(diǎn)。在深海 環(huán)境中測(cè)量時(shí)，由于傳輸距離的原因，485總線(xiàn)很難達(dá)到要求的采樣率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請(qǐng)的目的是提供一種基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置、系統(tǒng)及方法，以解決 傳統(tǒng)XBT通過(guò)下降時(shí)間估計(jì)海洋深度測(cè)量精度不高以及485總線(xiàn)很難達(dá)到要求的采樣率的 問(wèn)題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置， 所述裝置包括：壓力探測(cè)模塊、溫度探測(cè)模塊、處理模塊、CAN總線(xiàn)模塊；
[0007] 所述壓力探測(cè)模塊用于獲取第一模擬信號(hào)，并將所述第一模擬信號(hào)發(fā)送給所述處 理模塊；
[0008] 所述溫度探測(cè)模塊用于獲取第二模擬信號(hào)，并將所述第二模擬信號(hào)發(fā)送給所述處 理模塊；
[0009] 所述處理模塊用于將所述第一模擬信號(hào)和所述第二模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為第一數(shù) 字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)，并將所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給所述CAN總線(xiàn) 模塊；
[0010] 所述CAN總線(xiàn)模塊用于將所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)。
[0011] 第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括本 發(fā)明實(shí)施例提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置及上位機(jī)；
[0012] 所述上位機(jī)用于接收所述CAN總線(xiàn)模塊發(fā)送的第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)，并 分別根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)確定海洋深度信息和海洋溫度信息。
[0013] 第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)方法，所述方法包括：
[0014] 分別獲取第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)；
[0015] 將所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信 號(hào)；
[0016] 基于CAN總線(xiàn)通信協(xié)議傳送所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)；
[0017] 分別根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)，確定海洋深度信息和海洋溫度 信息。
[0018] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕贑AN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置、系統(tǒng)及方法，利用放置在探頭部 分的新工藝的壓力傳感器和溫度傳感器分別獲取海洋溫度數(shù)據(jù)與海洋深度數(shù)據(jù)，測(cè)量精度 大幅提高。并且，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)由XBT探頭傳遞給上位機(jī)然后傳遞至計(jì)算 機(jī)。利用CAN總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，糾錯(cuò)能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，通信速率高等。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例一提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置示意圖；
[0020] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0021] 圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例三提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)方法流程圖；
[0022] 圖4為壓力探測(cè)模塊示意圖；
[0023] 圖5為溫度探測(cè)模塊示意圖；
[0024] 圖6為壓力探測(cè)模塊中的壓力探測(cè)單元電路圖；
[0025] 圖7為溫度探測(cè)模塊中的溫度探測(cè)單元電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0027] 圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例一提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置示意圖。如圖1所 示，所述裝置包括：壓力探測(cè)模塊10、溫度探測(cè)模塊20、處理模塊30、CAN總線(xiàn)模塊40 ;
[0028] 壓力探測(cè)模塊10包括壓力探測(cè)單元101和發(fā)送單元102 (如圖4所示）。壓力 探測(cè)單元用101于輸出第一模擬信號(hào)；發(fā)送單元102用于將第一模擬信號(hào)發(fā)送至處理模塊 30。溫度探測(cè)模塊20包括溫度探測(cè)單元201和發(fā)送單元202 (如圖5所示）。溫度探測(cè)單 元201用于輸出第二模擬信號(hào)，發(fā)送單元202用于將第二模擬信號(hào)發(fā)送至處理模塊30,處理 模塊30具體可以為單片機(jī)。
[0029] 需要說(shuō)明的是，其中壓力探測(cè)模塊中的發(fā)送單元102和溫度探測(cè)模塊中的發(fā)送單 元202可以通過(guò)上位機(jī)控制，使壓力探測(cè)模塊中的發(fā)送單元102和溫度探測(cè)模塊中的發(fā)送 單元202分時(shí)段的將第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)分別發(fā)送至處理模塊中。例如：壓力探 測(cè)模塊中的發(fā)送單元102在第一時(shí)間段將第一模擬信號(hào)發(fā)送至處理模塊中；第二時(shí)間段， 溫度探測(cè)模塊中的發(fā)送單元202將第二模擬信號(hào)發(fā)送至處理模塊中，以此類(lèi)推。處理模塊 30還包括接收單元，轉(zhuǎn)換單元以及發(fā)送單元。處理模塊30中的接收單元包括兩個(gè)接收通 道，用于分別接收壓力探測(cè)模塊10中的發(fā)送單元102發(fā)送的第一模擬信號(hào)，以及溫度探測(cè) 模塊20中的發(fā)送單元202發(fā)送的第二模擬信號(hào)；處理模塊30中的轉(zhuǎn)換單元（本實(shí)施例中 以A/D轉(zhuǎn)換器為例）將會(huì)分時(shí)間段的分別轉(zhuǎn)換到處理模塊30的接收單元兩個(gè)通道中，將第 一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)。處理模塊30中的 發(fā)送單元將第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分字節(jié)傳送至CAN總線(xiàn)模塊40 (可以根據(jù)需 要，自行設(shè)置每一數(shù)據(jù)幀中的對(duì)于第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)的字節(jié)分配，例如，在一個(gè) 數(shù)據(jù)幀中前幾個(gè)字節(jié)為第一數(shù)字信號(hào)，余下字節(jié)為第二數(shù)字信號(hào)）。其中，CAN總線(xiàn)模塊40 接收第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)并發(fā)送給上位機(jī)。
[0030] 本申請(qǐng)實(shí)施例一提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置，利用放置在探頭部分的 新工藝的壓力傳感器和溫度傳感器分別獲取海洋溫度數(shù)據(jù)與海洋深度數(shù)據(jù)，測(cè)量精度大幅 提高。并且，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)由XBT探頭傳遞給上位機(jī)然后傳遞至計(jì)算機(jī)。 CAN總線(xiàn)具有糾錯(cuò)能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，通信速率高等特點(diǎn)。
[0031] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)系統(tǒng)示意圖。如圖2所 示，該系統(tǒng)包括了實(shí)施例一的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置以及上位機(jī)50。
[0032] 基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)裝置將第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)根據(jù)CAN總線(xiàn)的 通信協(xié)議，通過(guò)雙絞線(xiàn)發(fā)送至上位機(jī)50中。上位機(jī)50按照一定的規(guī)則將第一數(shù)字信號(hào)和 第二數(shù)字信號(hào)在數(shù)據(jù)幀中解析后，將第一數(shù)字信號(hào)（二進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為第一數(shù)值（第一數(shù)字 信號(hào)的十進(jìn)制形式，同時(shí)也是第一模擬信號(hào)的數(shù)字顯示形式），根據(jù)第一數(shù)值計(jì)算海洋深度 信息，將第二數(shù)字信號(hào)（二進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為第二數(shù)值（第二數(shù)字信號(hào)的十進(jìn)制形式，同時(shí)也是 第二模擬信號(hào)的數(shù)字顯示形式），根據(jù)第二數(shù)值計(jì)算海洋溫度信息。
[0033] 具體的，因?yàn)榈谝粩?shù)值與海洋的深度成線(xiàn)性關(guān)系，所以根據(jù)一定的比例關(guān)系，上位 機(jī)50可以通過(guò)第一數(shù)值計(jì)算出海洋的深度信息。
[0034] 同樣，上位機(jī)50根據(jù)第二數(shù)值計(jì)算溫度傳感器中的熱敏電阻的阻值，根據(jù)熱敏電 阻的阻值，通過(guò)熱敏電阻的阻值一溫度曲線(xiàn)常用Steinhart-Hart方程進(jìn)行擬合：
[0035] 1/T = A+Bln (R) +C (InR)3 (1-1)
[0036] 其中：
[0037] T一絕對(duì)溫度（K° );
[0038] R-熱敏電阻的阻值（Ω );
[0039] A，B，C一曲線(xiàn)擬合的常數(shù)。
[0040] 在所需的測(cè)溫范圍內(nèi)選取三個(gè)溫度點(diǎn)即可確定方程中的常數(shù)項(xiàng)。在實(shí)際應(yīng)用中往 往取更多溫度點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以得到更精確的擬合曲線(xiàn)。進(jìn)而相應(yīng)的計(jì)算出海洋的溫度信 息。
[0041] 本申請(qǐng)實(shí)施例二提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)系統(tǒng)，利用放置在探頭部分的 新工藝的壓力傳感器和溫度傳感器分別獲取海洋溫度數(shù)據(jù)與海洋深度數(shù)據(jù)，測(cè)量精度大幅 提高。并且，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線(xiàn)由XBT探頭傳遞給上位機(jī)然后傳遞至計(jì)算機(jī)。 CAN總線(xiàn)具有糾錯(cuò)能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，通信速率高等特點(diǎn)。
[0042] 圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例三提供的基于CAN總線(xiàn)的溫深度探測(cè)方法流程圖。如圖3所 示，所述方法包括：
[0043] 步驟301，分別獲取第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)；
[0044] 具體地，壓力探測(cè)模塊和溫度探測(cè)模塊分別獲取第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)。
[0045] 步驟302,將所述第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二 數(shù)字信號(hào)；
[0046] 具體地，壓力探測(cè)模塊中的發(fā)送單元和溫度探測(cè)模塊中的發(fā)送單元分別分時(shí)段的 將第一模擬信號(hào)和第二模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)。
[0047] 步驟303,基于CAN總線(xiàn)通信協(xié)議傳送所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)；
[0048] 具體地，基于CAN總線(xiàn)的通信協(xié)議，將第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)通過(guò)雙絞線(xiàn)， 傳送至上位機(jī)中。
[0049] 步驟304,分別根據(jù)所述第一數(shù)字信號(hào)和所述第二數(shù)字信號(hào)，確定海洋深度信息和 海洋溫度信息。
[0050] 具體地，上位機(jī)按照一定的規(guī)則將第一數(shù)字信號(hào)和第二數(shù)字信號(hào)在數(shù)據(jù)幀中解析 后，將第一數(shù)字信號(hào)（二進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為第一數(shù)值（第一數(shù)字信號(hào)的十進(jìn)制形式，同時(shí)也是第 一模擬信號(hào)的數(shù)字顯示形式）。因?yàn)榈谝粩?shù)值與海洋的深度成線(xiàn)性關(guān)系，所以根據(jù)一定的比 例關(guān)系，可以通過(guò)第一數(shù)值計(jì)算出海洋的深度信息。
[0051] 將第二數(shù)字信號(hào)（二進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為第二數(shù)值（第二數(shù)字信號(hào)的十進(jìn)制形式，同時(shí) 也是第二模擬信號(hào)的數(shù)字顯示形式），根據(jù)第二數(shù)值計(jì)算溫度傳感器中的熱敏電阻的阻值， 根據(jù)熱敏電阻的阻值，相應(yīng)的計(jì)算出海洋的溫度信息。
[0052] 本實(shí)施例中各步驟的具體執(zhí)行過(guò)程在實(shí)施例一中已進(jìn)行了詳細(xì)描述，此處不再贅 述。
[0053] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕贑AN總