本发明专利技术公开一种近海海洋跃层水质实时监测系统，在海面水声通讯机借助浮标或船只搭载的基础上，有能力在陆地上准确、实时地获取近海跃层水体的海水环境条件数据；该系统集成了水声通信和感应耦合通讯两种水下无线数据传输方式，使得它与已有的监测系统相比，具有更安全更方便更经济的特点。本发明专利技术数字量传感器集成采用感应耦合无线数据传输方式，这样在设计和布局上减少了有线电缆，从而极大地提高了其在浮标系统中工作的安全性和稳定性，再通过与水声通讯机的结合，使得它能很好的应用于多参数测量、浮标系留结构条件下的监测。而现有的其他监测系统还未有能够适应这一多参数测量、浮标系留结构的应用条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种海洋监测系统，特别是一种近海海洋跃层水质实时监测系统，主要应用于实时、准确地监测近海海洋跃层水体部分的水质参数数据等。
技术介绍
跃层是海洋中最常见也是最重要的物理现象之一，它控制着其上下水层间的热、盐等水体物理性质的垂向通量，是内波存在的必要条件。在生物地球化学过程中，它制约着水体中化学物质的垂向交换，这一过程进一步影响和决定着海洋生物过程的变化，并通过食物链影响整个海洋生态系统。因此，跃层对于海洋生态系统的影响是直接而显著的，很多生物化学现象和生态环境问题的存在都与之有关，如海洋次表层叶绿素最大值、近海季节性底层缺氧现象等。所以，了解水体层化及其发展情况是我们分析、预测这些生态现象形成、发展和变化的重要基础背景。海洋浮标监测是现今世界上最有效实时获取数据的测量方式，卫星、无线电、手机等通讯技术的快速发展，建立实时远程海洋监测系统越来越多地成为海洋科学考察的首选方案。但监测数据从海洋表面发送至陆地前，首先需要将数据从水下实时传输至海面，现有的近海实时监测主要集中在海水表层，不管是国际上还是我国已有的近海海洋环境监测网，对海表以下水体的实时观测极少涉及，特别是海洋监测遭受渔业拖网严重破坏的我国近海迄今还未有有效的监测手段。鉴于现有技术的监测手段和水平，针对近海海洋跃层水体的监测系统，须具备以下特点:(1)使用安全和方便，尽量使用无线通讯方式传输数据；易于安装于浮标系留中。(2)功耗低，系统需工作持续时间长；(3)数据准确安全，监测数据准确是我们了解、研究海洋现象的基础条件，而且须确保数据在传输过程中的安全。CN1744143A《一种海洋水域传感器网络监测系统》，公开了一种基于无线数据传输方式的网络监测系统，它的使用范围局限于海水表层，未涉及海洋水下特别是底层的数据监测和传输。CN101358867A《一种海洋水位实时监测系统》，公开了一种包括海底信号采集部分、海面信号中转部分及岸站控制部分的海洋水位实时监测系统。该监测系统将海洋底层水位数据通过无线传输及信号中转方式实时发送至岸站的，它只涉及海洋底层单个参数数据的实时监测，难以应用于多参数测量、浮标系留结构条件下的监测。CN101852794《一种近海海洋底层缺氧现象实时监测系统》公开了一种海洋底层多参数水质数据的实时监测系统，用于对海洋底层缺氧现象的检测。其存在以下缺陷:1、监测系统集成的数字量传感器数量多，为了降低故障率，各个数字量传感器之间的电源和信号都相互隔离。电源隔离采用IB10.805S的隔离电源，信号隔离采用光耦4N25进行隔离。由于处理器的UART 口不够用，采用SC16IS762双路SPI传输总线驱动芯片进行数字量传感器的集成，而没有采用处理器的UART 口进行数据的传输。由于信号隔离采用了光耦4N25进行隔离，由于光耦的传输特性，数据传输的速度不宜过快。2、监测系统的水质监测控制主站处理器采用LPC2138芯片，采用CAT809复位芯片，当工作电压波动过大，影响系统工作时，此芯片不能自动复位的作用，影响系统可靠地工作。3、监测系统的电源模块采用的方法是增加一套外设电源控制电路，由处理器对电源的通断进行控制。传感器之间的电源需要相互隔离，采用的方法是采用隔离电源进行供电。电路板的布局采用电源模块和其他电路共同放在一块电路板上。这样系统的可靠性与稳定性不高，也不便于系统的进一步扩展以及故障的检查。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种近海海洋跃层水质实时监测系统，在海面水声通讯机借助浮标或船只搭载的基础上，有能力在陆地上准确、实时地获取近海跃层水体的海水环境条件数据；该系统集成了水声通信和感应耦合通讯两种水下无线数据传输方式，使得它与已有的监测系统相比，具有更安全更方便更经济的特点。本专利技术的技术方案:近海海洋跃层水质实时监测系统，包括水质监测分站、水质监测控制主站、水声通讯分站和供电分站； 所述的水质监测分站包括三个感应式数字量传感器模块和一个感应式数字量传感器集成模块、一个模拟量传感器集成模块，水质监测控制主站包括数据处理器最小系统模块、外扩存储模块、实时时钟电路，水声通讯分站包括跃层水声通讯机、海面水声通讯机，供电分站包括电池包、电源模块和供电接口 ； 所述的数据处理器最小系统包括数据处理器、数据处理器晶振电路、数据处理器复位监测电路，数据处理器最小系统与RS485驱动芯片、模拟量传感器集成模块、外扩存储模块、实时时钟模块相连接，供电分站通过供电接口与水质监测控制主站连接； 所述的水质监测控制主站控制水质监测分站和水声通讯分站的运行，水质监测控制主站通过感应式数字量传感器集成模块对三个感应式数字量传感器模块以感应耦合方式顺序扫描的方式进行数据采集，对获取的数据进行校验、融合、存储，并运用自定义的方法对融合后数据进行加密，把加密后的数据包发送给水声通讯分站的跃层水声通讯机，跃层水声通讯机在水声通讯环境适合数据传输的条件下，把数据包从跃层传输至海面水声通讯机；供电分站给水质监测控制主站供电； 所述的水质监测分站通过三个感应式数字量传感器模块负责对三个水体深度的水质各个参数的采样，一个感应式数字量传感器集成模块负责集中采集三个感应式数字量传感器模块传递的水质各个参数，通过RS485接口、RS485驱动芯片与数据处理器的UARTO相连；所述的一个模拟量传感器集成模块为分站电源电压模拟信号集成模块，分站电源电压模拟信号集成模块使用电池包分压电路，通过供电接口接数据处理器的模拟信号采集脚；所述的数据处理器最小系统包括数据处理器C8051F064、数据处理器复位监测电路、数据处理器晶振电路，数据处理器的晶振脚两端接晶振和电容C5、C6，C8051F064采用3.3V的数字电源供电，C8051F064的复位脚接复位芯片TPS3707-30D ； 所述的实时时钟电路包括实时时钟芯片DS1302、实时时钟电池和实时时钟晶振电路； 数据处理器C8051F064的SCL脚接实时时钟芯片DS1302的SCL脚，数据处理器C8051F064的SDA脚接实时时钟芯片DS1302的SDA脚，通过IIC总线方式传输数据，实时时钟芯片DS1302的VCC脚接锂电池，使系统在断电的情况下，实时时钟仍然工作在计时状态，实时时钟芯片DS1302的Xl和X2引脚接晶振； 所述的数据处理器的IIC总线连接实时时钟芯片；数据处理器的SPI总线连接外扩存储模块，数据处理器的RST脚连复位监测电路；数据处理器的仿真端口连接仿真调试接口 ；所述的供电模块的电源模块分为模拟电源电路模块和数字电源电路模块，所述的模拟电源电路模块和数字电源电路模块的3.3V和OV分别通过磁珠连接； 所述的模拟电源电路模块和数字电源电路模块从电池包取电，通过5V变压芯片、3.3V变压芯片和土 15V变压芯片为水质监测控制主站供电，5V变压芯片的输入端从电池包接口取电，并接旁路电容，输出端接滤波电容，输出电压为5V;3.3V变压芯片的输入端接5V变压芯片的输出端，并接滤波电容，输出电压为3.3V，输出端接滤波电容；±15V变压芯片的输入端接5V变压芯片的输出端，±15V变压芯片的输出端的+15V端接两个滤波电容，-15V端接两个滤波电容，地端接模拟电源的地； 外本文档来自技高网...
【技术保护点】
近海海洋跃层水质实时监测系统，其特征在于：包括水质监测分站、水质监测控制主站、水声通讯分站和供电分站；所述的水质监测分站包括三个感应式数字量传感器模块和一个感应式数字量传感器集成模块、一个模拟量传感器集成模块，水质监测控制主站包括数据处理器最小系统模块、外扩存储模块、实时时钟电路，水声通讯分站包括跃层水声通讯机、海面水声通讯机，供电分站包括电池包、电源模块和供电接口；所述的数据处理器最小系统包括数据处理器、数据处理器晶振电路、数据处理器复位监测电路，数据处理器最小系统与RS485驱动芯片、模拟量传感器集成模块、外扩存储模块、实时时钟模块相连接，供电分站通过供电接口与水质监测控制主站连接；所述的水质监测控制主站控制水质监测分站和水声通讯分站的运行，水质监测控制主站通过感应式数字量传感器集成模块对三个感应式数字量传感器模块以感应耦合方式顺序扫描的方式进行数据采集，对获取的数据进行校验、融合、存储，并运用自定义的方法对融合后数据进行加密，把加密后的数据包发送给水声通讯分站的跃层水声通讯机,?跃层水声通讯机在水声通讯环境适合数据传输的条件下，把数据包从跃层传输至海面水声通讯机；供电分站给水质监测控制主站供电；所述的水质监测分站通过三个感应式数字量传感器模块负责对三个水体深度的水质各个参数的采样，一个感应式数字量传感器集成模块负责集中采集三个感应式数字量传感器模块传递的水质各个参数，通过RS485接口、RS485驱动芯片与数据处理器的UART0相连；所述的一个模拟量传感器集成模块为分站电源电压模拟信号集成模块，分站电源电压模拟信号集成模块使用电池包分压电路，通过供电接口接数据处理器的模拟信号采集脚；所述的数据处理器最小系统包括数据处理器C8051F064、数据处理器复位监测电路、数据处理器晶振电路，数据处理器的晶振脚两端接晶振和电容C5、C6，C8051F064采用3.3V的数字电源供电，C8051F064的复位脚接复位芯片TPS3707?30D；所述的实时时钟电路包括实时时钟芯片DS1302、实时时钟电池和实时时钟晶振电路；数据处理器C8051F064的SCL脚接实时时钟芯片DS1302的SCL脚，数据处理器C8051F064的SDA脚接实时时钟芯片DS1302的SDA脚，通过IIC总线方式传输数据，实时时钟芯片DS1302的VCC脚接锂电池，使系统在断电的情况下，实时时钟仍然工作在计时状态，实时时钟芯片DS1302的X1和X2引脚接晶振；所述的数据处理器的IIC总线连接实时时钟芯片；数据处理器的SPI总线连接外扩存储模块，数据处理器的RST脚连复位监测电路；数据处理器的仿真端口连接仿真调试接口；所述的供电模块的电源模块分为模拟电源电路模块和数字电源电路模块，所述的模拟电源电路模块和数字电源电路模块的3.3V和0V分别通过磁珠连接；所述的模拟电源电路模块和数字电源电路模块从电池包取电，通过5V变压芯片、3.3V变压芯片和±15V变压芯片为水质监测控制主站供电，5V变压芯片的输入端从电池包接口取电，并接旁路电容，输出端接滤波电容，输出电压为5V；3.3V变压芯片的输入端接5V变压芯片的输出端，并接滤波电容，输出电压为3.3V，输出端接滤波电容；±15V变压芯片的输入端接5V变压芯片的输出端，±15V变压芯片的输出端的+15V端接两个滤波电容，?15V端接两个滤波电容，地端接模拟电源的地；????外扩存储模块采用SD存储卡，RS485驱动芯片采用MAX485芯片，复位监测电路采用TPS3707?30D芯片，仿真调试接口采用标准20脚的JTAG仿真调试接口，电池包的电池电压为14V，5V变压芯片采用78L05，3.3V变压芯片采用G1117，±15V的变压芯片采用NR5D15。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：倪晓波，曾定勇，黄大吉，张涛，王奎，周锋，宣基亮，王磊，
申请(专利权)人：国家海洋局第二海洋研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。