专利名称：一种海洋参数现场监测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于海洋仪器技术领域，具体地说，是涉及一种用于采集海洋现场参 数并对采集信息进行处理的海洋参数现场监测设备。
背景技术：
海洋参数现场监测仪器在目前的海洋监测领域中发挥着重要的作用，不仅可以提 供现场实时、连续的海洋参数信息，而且还可以对采集到的海洋参数信息进行快速、自动地 分析和处理，因此，弥补了传统实验室的滞后检测不具备时效性的缺点。在海洋参数现场监测仪器中，信息的自动化采集和智能化分析处理是关键技术， 特别是，海洋监测仪器的特殊工作环境和可能长期无人值守时，海洋参数现场监测信息的 采集、处理和控制就起到了中坚作用，关系到海洋参数现场监测任务是否能够自动执行、数 据是否能够快速分析以及参数现场监测的可靠性。目前，海洋参数监测越来越趋向于多领 域多类型参数的同步监测，不仅要考虑特殊的工作环境和自动化的运行要求，还要考虑监 测传感器的数量、特点和各种海洋参数的信息处理方法等。海洋参数现场监测信息的采集、 处理和控制任务日益繁重并提高了要求。因此，开展各种海洋参数现场监测项目时，专业科 技人员都需要花费大量时间和精力开展海洋监测信息的现场采集、处理和自动控制执行的 软硬件技术开发，甚至高价购置国外的专业信息采集设备二次开发和使用。这些研发工作 内容接近但是不尽相同，不仅导致人力物力的极大浪费，造成研发成本的升高，而且对于系 统的整体性能也不能得到切实的保障。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种通用型的海洋参数现场监测设备，可以兼容多种 类型的传感器，适用各种海洋参数的现场监测项目。为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种海洋参数现场监测设备，包括控制模块、数据采集模块以及与所述数据采集 模块相连接的多路模拟信号传输通道、多路数字/脉冲信号传输通道和多路串行数据传输 通道；所述数据采集模块通过模拟信号传输通道、数字/脉冲信号传输通道和串行数据传 输通道接收不同类型传感器输出的海洋参数采样信号，进行信号格式的统一变换后，传输 至所述的控制模块进行处理。进一步的，在所述模拟信号传输通道中设置有多路可编程增益放大器，接收传感 器输出的模拟采样信号，进行增益放大处理后，输出至A/D转换器转换生成数字信号，进而 传输至所述的数据采集模块。又进一步的，所述多路可编程增益放大器的多路输入端分别与多路模拟信号接口 对应连接，所述模拟信号接口用于连接模拟传感器，所述多路可编程增益放大器同时接收 所述数据采集模块输出的通道选择控制信号和增益选择控制信号，在数据采集模块的控制 下对其中一路模拟采样信号进行增益放大处理后，输出至所述的A/D转换器。[0009]再进一步的，在所述多路可编程增益放大器的输出端与A/D转换器之间还连接有 整形滤波隔离电路。更进一步的，在所述多路可编程增益放大器的多路输入端与多路模拟信号接口之 间还连接有用于将电流信号转换为电压信号的变换电路。对于所述的数字/脉冲信号传输通道来说，本实用新型在其中设置了用于连接数 字传感器的数字/脉冲信号接口，将接收到的数字或者脉冲格式的采样信号传输至整形电 路进行波形处理后，通过隔离电路传输至所述的数据采集模块。对于所述的串行数据传输通道来说，本实用新型在其中设置了一个串口扩展电 路，连接数据采集模块的其中一路UART接口，对所述UART接口进行多路扩展后，与多路用 于连接传感器的RS-232接口对应连接。进一步的，在所述串行数据传输通道中还设置有另一串口扩展电路，连接数据采 集模块的另外一路UART接口，对所述UART接口进行双路扩展后，一路连接打印机，对现场 采集到的海洋参数进行打印输出；另一路连接所述的控制模块，实现数据采集模块与控制 模块之间的数据双向通讯。更进一步的，所述控制模块一方面与按键单元和显示屏对应连接，以实现设备的 人机交互功能，另一方面连接硬盘和SD卡数据存储模块，以实现海洋数据的大容量存储。优选的，所述数据采集模块优选采用AVR单片机，所述控制模块优选采用工控机， 所述工控机以有线或者无线的方式与上位机建立通信链接，以完成海洋参数的远程传输任 务。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的海洋参数现场 监测设备可以针对各种海洋监测项目的不同要求，连接需要的海洋传感器进行灵活配置直 接使用，对各种监测信息实现采集到分析处理的全过程操作。使用该设备不仅可以避免各 种海洋监测项目重复开展相似的研发工作，节省了精力和成本，而且，形成的专业优势和高 性能确保了海洋参数现场监测信息的采集、处理和自动控制执行更加系统高效。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点 将变得更加清楚。
图1是本实用新型所提出的海洋参数现场监测设备的电路原理架构图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地说明。本实施例针对海洋参数现场监测这一专用领域，充分考虑了目前国内海洋监测领 域的常用传感器类型、信息处理方法、海洋参数现场监测的应用环境和现场自动化运行要 求，以及海洋监测系统对功耗和可靠性等诸多要求，提出了一种通用、智能型的海洋参数现 场监测设备，主要由硬件设备和配套软件两部分组成。其中，硬件设备的基本功能包括与 海洋监测任务需要的各种传感器有效连接；根据监测任务的要求实时采集、处理并存储各 种监测信息；实现现场海洋监测任务的输入操作控制；连接便捷打印机实现海洋监测信息 的现场输出等功能。配套软件作为对参数现场监测的辅助工具，以滞后方式提供对监测信息的丰富处理功能。图1为本实施例所提出的海洋参数现场监测设备的电路整体架构图，主要包括控 制模块、数据采集模块以及多路海洋监测信息的采集传输通道。其中，所述控制模块采用优 选PC-104工控机作为设备的控制核心，执行系统的集中控制和数据的处理任务；数据采集 模块优选采用AVR单片机实现，以简化电路设计。本实施例以下仅以PC-104工控机和AVR 单片机为例进行具体说明。在本实施例的海洋监测信息采集传输通道中，设置有多路模拟信号传输通道、多 路数字/脉冲信号传输通道和多路串行数据传输通道，分别与所述的AVR单片机相连接，将 不同类型的传感器检测输出的采样信号传输至单片机进行统一处理。其中，在所述模拟信 号传输通道中设置有多路模拟信号接口，比如8路，如图1所示，可以对应连接8路模拟传 感器，比如风向、气温、气压、温度、湿度等海洋监测常用的传感器，接收模拟传感器输出的 模拟采样信号，一般为4-20mA的模拟电流信号，通过I/V变换电路将电流信号转换成电压 信号后，传输至多路可编程增益放大器进行增益放大处理。所述多路可编程增益放大器的 多路输入端分别与I/V变换电路的多路输出端对应连接，在AVR单片机输出的通道选择控 制信号和增益选择控制信号的共同作用下，选择对I/V变换电路转换输出的其中一路电压 信号进行增益放大处理，通过整形滤波隔离电路进行波形整形后，输出至A/D转换器，以将 模拟信号转换成数字信号，传输至所述的AVR单片机，比如AVR单片机的I/O 口，完成对风 向、气温、气压、温度、湿度等海洋现场参数的采集。在本实施例中，所述A/D转换器可以采用12位或者以上的A/D转换芯片实现，以 提高模数转换精度。在所述数字/脉冲信号传输通道中，设置有多路数字/脉冲信号接口，比如8路， 可以对应连接8路数字传感器，比如风速传感器等，将传感器输出的数字或者脉冲格式的 采样信号传输至整形电路进行波形处理，进而经隔离电路传输至所述的AVR单片机，比如 AVR单片机的I/O 口，完成对风速等海洋现场参数的实时采集。在所述串行数据传输通道中设置有两组串口扩展电路，如图1所示，其中一组串 口扩展电路连接AVR单片机的UARTl接口，对所述UARTl接口进行双路扩展后，一路连接便 携打印机，用于将现场提供的监测参数进行打印输出；另一路通过串行总线连接PC-104工 控机，实现PC-104工控机与AVR单片机的实时通信。另外一组串口扩展电路连接AVR单片 机的UART2接口，对所述UART2接口进行多路扩展后，比如进行6路扩展，可以与6路RS-232 接口对应连接。通过所述6路RS-232接口可以与6个采用串行数据传输方式设计的传感 器连接通讯，比如用于采集波浪、海流、水质和生态等类型的传感器，以实现对该类型海洋 参数的现场采样监测。AVR单片机将接收到的来自不同类型传感器输出的海洋参数采样信号进行信号 格式的统一变换处理，按照协议要求以表格的形式通过RS-232串行总线传输至所述的 PC-104工控机，以进行数据的集中处理。在所述PC-104工控机的外围设置有按键单元和显示器(比如7寸液晶屏)，完成 人机对话功能，实时显示现场监测数据、调整系统控制参数和控制系统自动运行。AVR单片 机传输来的海洋参数信息，通过PC-104工控机传输至硬盘和SD卡数据存储模块进行长期 保存，供海洋参数现场监测用户日后调用。[0028]本实施例的海洋参数现场监测设备采用12V直流供电，可以直接为PC-104工控机 提供其所需的工作电压。而对于要求5V供电的AVR单片机来说，则可以将12V的直流电源 通过5V稳压电源模块转换获得。为了实现良好的扩展能力，设备采用总线设计方式，以提供更多的设备接口。与 此同时，为了保证系统的能耗最小化，平时整套系统工作分成正常运行和睡眠两种模式，而 AVR单片机具有8路传感器控制端口，可以控制工作频率较低的传感器在待机状态时处于 断电状态，以降低功耗。本实施例的海洋参数现场监测设备可以兼容海洋监测的通用传感器，多信号通 道，大容量存储，具有可编程应用和扩展能力，自动执行常规信息处理，提供信息现场的实 时显示、输入操作控制和现场便捷输出功能，灵活配置适用各种海洋参数的现场监测项目， 尽量减少二次开发。适应海洋监测的工作环境，甚至恶劣环境，具有强抗干扰、高可靠性和 低功耗等优良性能。该设备不仅可以灵活应用于各种海洋参数的现场监测项目中，而且可 以利用其高性能和强大的可编程控制扩展能力，使其同样适用于其它类似的信息现场监测 项目中，例如气象、环境质量、土壤以及恶劣的极地监测等任务。当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换， 也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种海洋参数现场监测设备，其特征在于包括控制模块、数据采集模块以及与所 述数据采集模块相连接的多路模拟信号传输通道、多路数字/脉冲信号传输通道和多路串 行数据传输通道；所述数据采集模块通过模拟信号传输通道、数字/脉冲信号传输通道和 串行数据传输通道接收不同类型传感器输出的海洋参数采样信号，进行信号格式的统一变 换后，传输至所述的控制模块进行处理。
2.根据权利要求1所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述模拟信号传输 通道中设置有多路可编程增益放大器，接收传感器输出的模拟采样信号，进行增益放大处 理后，输出至A/D转换器转换生成数字信号，进而传输至所述的数据采集模块。
3.根据权利要求2所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于所述多路可编程增益 放大器的多路输入端分别与多路模拟信号接口对应连接，所述模拟信号接口用于连接模拟 传感器，所述多路可编程增益放大器同时接收所述数据采集模块输出的通道选择控制信号 和增益选择控制信号，在数据采集模块的控制下对其中一路模拟采样信号进行增益放大处 理后，输出至所述的A/D转换器。
4.根据权利要求3所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述多路可编程增 益放大器的输出端与A/D转换器之间还连接有整形滤波隔离电路。
5.根据权利要求3所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述多路可编程增 益放大器的多路输入端与多路模拟信号接口之间还连接有用于将电流信号转换为电压信 号的变换电路。
6.根据权利要求1所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述数字/脉冲信 号传输通道中设置有用于连接数字传感器的数字/脉冲信号接口，将接收到的数字或者脉 冲格式的采样信号传输至整形电路进行波形处理后，通过隔离电路传输至所述的数据采集 模块。
7.根据权利要求1所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述串行数据传输 通道中设置有一串口扩展电路，连接数据采集模块的其中一路UART接口，对所述UART接口 进行多路扩展后，与多路用于连接传感器的RS-232接口对应连接。
8.根据权利要求7所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于在所述串行数据传输 通道中还设置有另一串口扩展电路，连接数据采集模块的另外一路UART接口，对所述UART 接口进行双路扩展后，一路连接打印机，另一路连接所述的控制模块。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于所述控 制模块分别与按键单元、显示屏、硬盘和SD卡数据存储模块对应连接。
10.根据权利要求9所述的海洋参数现场监测设备，其特征在于所述数据采集模块为 AVR单片机，所述控制模块为工控机，所述工控机以有线或者无线的方式与上位机建立通信 链接。
专利摘要本实用新型公开了一种海洋参数现场监测设备，包括控制模块、数据采集模块以及与数据采集模块相连接的多路模拟信号传输通道、多路数字/脉冲信号传输通道和多路串行数据传输通道；所述数据采集模块通过模拟信号传输通道、数字/脉冲信号传输通道和串行数据传输通道接收不同类型传感器输出的海洋参数采样信号，进行信号格式的统一变换后，传输至控制模块进行处理。该设备可以针对各种海洋监测项目的不同要求，连接需要的海洋传感器进行灵活配置直接使用，对各种监测信息实现采集到分析处理的全过程操作，从而避免了各种海洋监测项目重复开展相似的研发工作，节省了精力和成本，确保了海洋参数现场监测信息的采集、处理和控制执行更加系统高效。
文档编号G05B19/048GK201926890SQ20112003127
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者任国兴, 侯广利, 刘东彦, 刘岩, 孙继昌, 尤小华, 张颖, 张颖颖, 曹煊, 汤永佐, 王洪亮, 王茜, 石小梅, 程同蕾, 程岩, 范萍萍, 马然, 高杨 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所