一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置的制作方法

本实用新型涉及水文、水利环境监测领域，尤其涉及一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置。

背景技术：

在水文、水利环境监测相关测量中，某区域剖面的水流速度测量是最重要的测量要素之一，为了保证长时间稳定的测量水流速度，需要实现ADCP的低功耗稳定运行，目前国内的ADCP在低功耗方面仅通过主控DSP自身来控制功耗，但是功耗仍然较大，此外，目前ADCP测量装置的内置GPS主要有两种方式，一种是通过RS232串口与主控DSP进行连接，这样会大量耗费主控DSP的资源，另一种是通过RS232串口与FPGA相连，会导致修改波特率十分困难，并且都存在GPS数据丢帧的缺点，并且GPS为他国军方控制，在特定情况下会人为增加其定位误差或者使其失效。

因此，亟待研发设计出一种能解决上述问题的ADCP流速测量装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述弊端，从而提供一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置，该装置包括：嵌入式FPGA芯片、嵌入式DSP芯片、单片机、上位机、GNSS模块、ADC模数转换模块、串口模块和通讯模块，

所述ADC模数转换模块与所述嵌入式FPGA芯片相连，用以将换能器接收的声波信号转换成数字信号后传输至嵌入式FPGA芯片；

所述嵌入式FPGA芯片与所述嵌入式DSP芯片相连，用以将ADC模数转换模块发送的换能器接收的数字声波信号传输至所述嵌入式DSP芯片；

所述嵌入式DSP芯片内集成有PRU处理器，所述PRU处理器与所述GNSS模块相连，所述嵌入式DSP芯片用以根据嵌入式FPGA芯片发送的换能器接收的数字声波信号和GNSS模块采集的定位信息获取水流流速，所述嵌入式DSP芯片通过通讯模块与所述上位机相连，用以将处理后的数据通过通讯模块传输至上位机；

所述单片机与所述嵌入式DSP芯片相连，并通过所述串口模块与所述上位机相连，用以接收上位机发送的控制指令控制DSP芯片的工作模式。

进一步地，所述装置还包括传感器模块，其与所述嵌入式FPGA芯片相连，用以采集船体和水体的信号并传输至所述嵌入式FPGA芯片。

更进一步地，所述传感器模块包括姿态传感器、温度传感器和压力传感器。

进一步地，所述装置还包括发射机，其与所述嵌入式FPGA芯片和换能器相连，用以驱动换能器发射声波信号。

进一步地，所述装置还包括电源模块，其与所述单片机相连。

进一步地，所述串口模块为RS32串行通讯接口。

进一步地，所述通讯模块为TCP/IP的以太网接口或者RS32串行通讯接口。

进一步地，所述单片机的型号为MSP430。

进一步地，所述嵌入式DSP芯片采用集成PRU处理器的TMS320C6748芯片。

本实用新型的有益效果：

1、通过采用单片机可根据DSP实际工作时间来控制DSP供电情况，只在嵌入式DSP芯片需要工作的一小段时间内给其供电，使嵌入式DSP芯片正常工作，不需要嵌入式DSP芯片工作时将其断电，断电后整个装置只有单片机工作，而单片机功率非常低，所以降低了整个设备的功耗。

2、本实用新型使用集成PRU处理器的嵌入式DSP芯片，GNSS模块通过串口线与PRU处理器相连接，PRU处理器与嵌入式DSP内存共享，通过乒乓操作来实现并行处理，确保连接的GNSS模块可以稳定收发数据，没有丢帧现象发生，能够方便地修改波特率，减轻嵌入式DSP的主核资源。并且采用GNSS模块为全球导航卫星系统，其集合GPS、Glonass、Galileo、北斗卫星定位于一体，定位精度较高。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置的结构原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。

图1为本实用新型实施例提供的一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置的结构原理图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的一种内置GNSS的低功耗ADCP流速测量装置包括嵌入式FPGA芯片1、嵌入式DSP芯片2、单片机3、上位机4、GNSS模块5、ADC模数转换模块6、串口模块7、通讯模块8和换能器9。

ADC模数转换模块6与嵌入式FPGA芯片1相连，其还与换能器9相连，主要负责将换能器9接收的声波信号转换成数字信号后再传输至嵌入式FPGA芯片1。本实用新型实施例中的ADC模数转换模块6接收4个换能器的信号，并转换成数字信号后传输给嵌入式FPGA芯片1。换能器9的主要作用是向水中发射一定频率的声波，还能接收水中颗粒物体和浮游生物反射回来的声波，换能器产生的射出声波为四波束宽带声波或者五波束宽带声波。

嵌入式FPGA芯片1与嵌入式DSP芯片2相连，主要负责将ADC模数转换模块6发送的换能器接收的数字声波信号传输至嵌入式DSP芯片2。采用嵌入式FPGA芯片1可实现各种各样的组合数字电路，可实现多路数据的实时并行处理，时序控制能力强，可扩展性好。

嵌入式DSP芯片2内集成有PRU处理器21，GNSS模块5通过串口线与PRU处理器21相连，GNSS模块主要用来采集船体定位数据并传输至PRU处理器21，PRU处理器21与嵌入式DSP内存共享，即数据共享，通过乒乓操作来实现并行处理，确保连接的GNSS可以稳定收发数据，没有丢帧现象发生，能够方便地修改波特率，减轻嵌入式DSP的主核资源。嵌入式DSP芯片2根据PRU处理器21接收的GNSS模块5发送的定位信息和嵌入式FPGA芯片1发送的换能器接收的数字声波信号来获取水流流速，需要说明的是本实用新型实施例中根据定位数据和换能器接收的数字声波信号来获取水流流速为现有常用的水流流速获取手段，在此不再赘述。本实施例中的嵌入式DSP芯片2内集成有PRU处理器21采用集成PRU处理器的TMS320C6748芯片，当然不仅局限于这一种芯片，也可采用其它集成PRU处理器的嵌入式DSP芯片。

嵌入式DSP芯片2还可通过通讯模块8与上位机4相连，通过通讯模块8可实现通讯模块8与上位机4的数据交互，如可将处理后的数据通过通讯模块传输至上位机4，在上位机4界面上显示。本实用新型实施例中的通讯模块8为TCP/IP的以太网接口或者RS32串行通讯接口。

单片机3与嵌入式DSP芯片2相连，并通过串口模块7与上位机4相连，主要负责接收上位机4发送的控制指令控制DSP芯片的工作模式。单片机3只接收上位机发送的指令，不向上位机4反馈数据，上位机4包括设置和显示界面，可以下发指令给嵌入式DSP芯片，也可接收嵌入式DSP芯片的数据反馈，显示水流速度信息。其中，串口模块7为RS32串行通讯接口，单片机采用MSP430芯片。上位机通过串口跟单片机3通信，当发送低功耗模式指令给单片机时，单片机根据嵌入式DSP芯片实际工作时间来控制嵌入式DSP芯片供电情况，只在嵌入式DSP芯片需要工作的一小段时间内给其供电，使嵌入式DSP芯片正常工作，不需要嵌入式DSP芯片工作时将其断电，断电后整个装置只有单片机工作，而单片机功率非常低，所以降低了整个设备的功耗。

本实用新型实施例的装置还可做出其它变化，如本实用新型实施例的装置还可包括传感器模块10，其与嵌入式FPGA芯片1相连，主要负责采集船体和水体的信号并传输至所述嵌入式FPGA芯片。传感器模块10包括姿态传感器10.1、温度传感器10.2和压力传感器10.3等，姿态传感器10.1主要用来采集船体的航向、纵倾角和横摇角，温度传感器10.2主要用来采集水体的温度，压力传感器10.3主要用来采集水体的温度。将外部的姿态、温度和压力等参数通过嵌入式FPGA芯片传递给嵌入式DSP，可进一步提高水流流速获取的精确度。

本实用新型实施例的装置还包括发射机11，其与嵌入式FPGA芯片2和换能器9相连，用以驱动换能器9发射声波信号。本实用新型实施例的装置还包括电源模块12，其与单片机3相连，通过单片机3对整个下位机系统进行供电。

工作时，由嵌入式FPGA芯片1驱动发射机11工作，发射机11控制发射驱动电路发出宽带调制信号，通过换能器9向水下发射出声波信号，并接收反馈回的声波信号传输至ADC模数转换模块6，ADC模数转换模块6将换能器9接收的声波信号转换为数字信号后送入嵌入式FPGA芯片1，嵌入式FPGA芯片1将数字信号传输至嵌入式DSP芯片2，同时GNSS模块5采集的船体定位信息也上传至嵌入式DSP芯片2内的PRU处理器21，由于嵌入式DSP芯片22和PRU处理器21数据共享，嵌入式DSP芯片22便可根据PRU处理器接收的GNSS采集的船体定位信息和嵌入式FPGA芯片1发送的换能器接收的数字声波信号获取水体流速。同时处理后的数据可通过通讯模块8传输至上位机4。

本实用新型装置中的单片机可实现整机低功耗，嵌入式DSP芯片具有高效的信号处理与接口通信控制能力，而嵌入式FPGA芯片具有实时性与并行处理特点。三者结合使得ADCP兼有低功耗、高性能、实时性强等优点。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。