基于can总线的温深度探测装置、系统及方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及海洋环境信息监测技术领域，尤其涉及一种基于控制器局域网络 (Controller Area Network，CAN)总线的温深度探测装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002] 投弃式温度探头（expendable bathythermograph，简称XBT)，可以在不影响船舰 航行状态下，快速获取海洋温度剖面，用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问 题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。
[0003] XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。探头上的姿态控制 部件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当探头到达海面时，数据采集板 上的计时器开始计时，这样由探头的下降速度和下降时间，就可以计算出探头在海水中的 深度值；同时，安装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应 的电阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采 样。根据电阻值就可以计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面数据。
[0004] 现有技术中，XBT的测量精度不是很高，而且采用485总线通讯方式与上位机进行 通讯，虽然485总线协议简单，实现方便，但是具有纠错能力差，传输距离短等缺点。在深海 环境中测量时，由于传输距离的原因，485总线很难达到要求的采样率。
【发明内容】
[0005] 本申请的目的是提供一种基于CAN总线的温深度探测装置、系统及方法，以解决 传统XBT通过下降时间估计海洋深度测量精度不高以及485总线很难达到要求的采样率的 问题。
[0006] 为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测装置， 所述装置包括：压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块；
[0007] 所述压力探测模块用于获取第一模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给所述处 理模块；
[0008] 所述温度探测模块用于获取第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给所述处 理模块；
[0009] 所述处理模块用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号分别转换为第一数 字信号和第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线 模块；
[0010] 所述CAN总线模块用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给上位机。
[0011] 第二方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测系统，所述系统包括本 发明实施例提供的基于CAN总线的温深度探测装置及上位机；
[0012] 所述上位机用于接收所述CAN总线模块发送的第一数字信号和第二数字信号，并 分别根据所述第一数字信号和所述第二数字信号确定海洋深度信息和海洋温度信息。
[0013] 第三方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测方法，所述方法包括：
[0014] 分别获取第一模拟信号和第二模拟信号；
[0015] 将所述第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信 号；
[0016] 基于CAN总线通信协议传送所述第一数字信号和所述第二数字信号；
[0017] 分别根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，确定海洋深度信息和海洋温度 信息。
[0018] 本申请提供的基于CAN总线的温深度探测装置、系统及方法，利用放置在探头部 分的新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度 大幅提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算 机。利用CAN总线进行数据传输，纠错能力强，传输距离远，通信速率高等。
【附图说明】
[0019] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图；
[0020] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图；
[0021] 图3为本申请实施例三提供的基于CAN总线的温深度探测方法流程图；
[0022] 图4为压力探测模块示意图；
[0023] 图5为温度探测模块示意图；
[0024] 图6为压力探测模块中的压力探测单元电路图；
[0025] 图7为温度探测模块中的温度探测单元电路图。
【具体实施方式】
[0026] 下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。
[0027] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图。如图1所 示，所述装置包括：压力探测模块10、温度探测模块20、处理模块30、CAN总线模块40 ;
[0028] 压力探测模块10包括压力探测单元101和发送单元102 (如图4所示）。压力 探测单元用101于输出第一模拟信号；发送单元102用于将第一模拟信号发送至处理模块 30。温度探测模块20包括温度探测单元201和发送单元202 (如图5所示）。温度探测单 元201用于输出第二模拟信号，发送单元202用于将第二模拟信号发送至处理模块30,处理 模块30具体可以为单片机。
[0029] 需要说明的是，其中压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送单 元202可以通过上位机控制，使压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送 单元202分时段的将第一模拟信号和第二模拟信号分别发送至处理模块中。例如：压力探 测模块中的发送单元102在第一时间段将第一模拟信号发送至处理模块中；第二时间段， 温度探测模块中的发送单元202将第二模拟信号发送至处理模块中，以此类推。处理模块 30还包括接收单元，转换单元以及发送单元。处理模块30中的接收单元包括两个接收通 道，用于分别接收压力探测模块10中的发送单元102发送的第一模拟信号，以及温度探测 模块20中的发送单元202发送的第二模拟信号；处理模块30中的转换单元（本实施例中 以A/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块30的接收单元两个通道中，将第 一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处理模块30中的 发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至CAN总线模块40 (可以根据需 要，自行设置每一数据帧中的对于第一数字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个 数据帧中前几个字节为第一数字信号，余下字节为第二数字信号）。其中，CAN总线模块40 接收第一数字信号和第二数字信号并发送给上位机。
[0030] 本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[0031] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图。如图2所 示，该系统包括了实施例一的基于CAN总线的温深度探测装置以及上位机50。
[0032] 基于CAN总线的温深度探测装置将第一数字信号和第二数字信号根据CAN总线的 通信协议，通过双绞线发送至上位机50中。上位机50按照一定的规则将第一数字信号和 第二数字信号在数据帧中解析后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字 信号的十进制形式，同时也是第一模拟信号的数字显示形式），根据第一数值计算海洋深度 信息，将第二数字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时也是 第二模拟信号的数字显示形式），根据第二数值计算海洋温度信息。
[0033] 具体的，因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所以根据一定的比例关系，上位 机50可以通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0034] 同样，上位机50根据第二数值计算温度传感器中的热敏电阻的阻值，根据热敏电 阻的阻值，通过热敏电阻的阻值一温度曲线常用Steinhart-Hart方程进行拟合：
[0035] 1/T = A+Bln (R) +C (InR)3 (1-1)
[0036] 其中：
[0037] T一绝对温度（K° );
[0038] R-热敏电阻的阻值（Ω );
[0039] A，B，C一曲线拟合的常数。
[0040] 在所需的测温范围内选取三个温度点即可确定方程中的常数项。在实际应用中往 往取更多温度点进行校准，可以得到更精确的拟合曲线。进而相应的计算出海洋的温度信 息。
[0041] 本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[0042] 图3为本申请实施例三提供的基于CAN总线的温深度探测方法流程图。如图3所 示，所述方法包括：
[0043] 步骤301，分别获取第一模拟信号和第二模拟信号；
[0044] 具体地，压力探测模块和温度探测模块分别获取第一模拟信号和第二模拟信号。
[0045] 步骤302,将所述第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二 数字信号；
[0046] 具体地，压力探测模块中的发送单元和温度探测模块中的发送单元分别分时段的 将第一模拟信号和第二模拟信号转换为第一数字信号和第二数字信号。
[0047] 步骤303,基于CAN总线通信协议传送所述第一数字信号和所述第二数字信号；
[0048] 具体地，基于CAN总线的通信协议，将第一数字信号和第二数字信号通过双绞线， 传送至上位机中。
[0049] 步骤304,分别根据所述第一数字信号和所述第二数字信号，确定海洋深度信息和 海洋温度信息。
[0050] 具体地，上位机按照一定的规则将第一数字信号和第二数字信号在数据帧中解析 后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字信号的十进制形式，同时也是第 一模拟信号的数字显示形式）。因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所以根据一定的比 例关系，可以通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0051] 将第二数字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时 也是第二模拟信号的数字显示形式），根据第二数值计算温度传感器中的热敏电阻的阻值， 根据热敏电阻的阻值，相应的计算出海洋的温度信息。
[0052] 本实施例中各步骤的具体执行过程在实施例一中已进行了详细描述，此处不再赘 述。
[0053] 本申请提供的基于CAN总