海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋通讯监测领域，具体是一套海洋表层拉格朗日测量数据采集系统。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步，海洋自主观测平台获取的海洋要素数据向多样化、高精度、大范围方向发展，成为促进海洋观测实现三维实时观测的重要方式。其中利用拉格朗日法测流的海洋表层漂流浮标由于其设计简单、成本低廉便于大范围布放的特点得到广泛应用，该类浮标主要将位置数据信息通过卫星或近岸无线信号传输给相应数据接收端。目前用于这方面的定位系统有GPS、“北斗”、ARGOS等，卫星通信系统有ARG0S、铱星、“北斗”，全球星等，上述通信系统均已开发出双向通讯模块，将其应用于海洋表层漂流浮标上，便于增强海洋观测的灵活性，提高海洋观测效率。
[0003]由于漂流浮标定位及数据传输易受海洋环境(海浪遮挡)影响，同时考虑到其低成本、长时间工作的设计要求，漂流浮标长期处于弱电弱信号状态。如何提高数据传输成功率成为一个重要的问题，对漂流浮标硬件和数据传输系统都提出新的设计要求。
[0004]目前国内外海洋表层漂流浮标应用广泛，建立起完整的海洋表层拉格朗日测量的数据采集系统，有利于提高数据利用率和数据检索效率，便于数据共享，进而降低观测成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一套海洋表层拉格朗日测量数据采集系统，以解决上述技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
海洋表层拉格朗日测量数据采集系统，包括海面自由漂流的拉格朗日观测平台和岸基数据中心；所述海面自由漂流的拉格朗日观测平台包括漂流浮标，所述漂流浮标位于海洋表层；所述岸基数据中心包括卫星数据接收站、数据中心服务器、用户计算机，所述卫星数据接收站通过通讯卫星接收漂流浮标采集的数据并通过互联网或局域网传输到数据中心服务器，所述数据中心服务器包括数据库，所述用户计算机通过互联网访问数据中心服务器的数据库检索数据，实时监控漂流浮标的运行状态。
[0007]作为本发明进一步的方案:所述漂流浮标的内部模块包括单片机、定位模块、信息采集模块、供电模块、电源控制模块、存储模块、通讯模块、信号传输模块、磁感开关和控制端口，所述单片机通过集成控制电路板分别与定位模块、信息采集模块、供电模块、电源控制模块、存储模块、通讯模块、信号传输模块、磁感开关和控制端口集成连接。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述用户计算机还通过数据中心服务器向漂流浮标下达控制指令，更改漂流浮标的工作模式；所述漂流浮标的工作模式包括定位模块、信息采集模块的工作周期和信号发射周期的分别设定。
[0009]作为本发明进一步的方案:所述漂流浮标内部的工作过程为:所述漂流浮标内部时钟按照最短计时周期唤醒单片机，所述单片机检测是否进入每日接收指令时间段、工作时间段或者发送时间段；若进入每日接收指令时间段，则单片机控制通信模块接收指令，否则按原设定工作模式工作，当通信模块在最短计时周期内收到新指令，则改变工作模式，并按新设定工作模式工作，否则按原设定工作模式工作；若达到工作时间段，则单片机依次控制定位模块和信息采集模块采集数据，完成数据压缩、存储任务，然后依据工作模式所设定的发送时间，完成数据发送，否则让系统休眠；若达到发送时间段，则由通信模块发送存储模块中的数据，然后清空存储模块中对应数据，控制供电模块让系统休眠，否则直接控制供电模块让系统休眠。
[0010]作为本发明进一步的方案:所述漂流浮标内部时钟的最短计时周期为5min。
[0011]作为本发明进一步的方案:所述的海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的工作流程为:所述漂流浮标内置时钟计时，负责唤醒单片机；所述单片机读取指令采集数据，并将数据压缩存储，然后按照指令通过无线电向通信卫星发射数据；所采集的数据经通讯卫星传输，由卫星数据接收站接收，并通过互联网或局域网传输至数据中心服务器；所述数据中心服务器根据预设协议自动分析数据完整度，在确认收到完整数据后，该数据在漂流浮标内存中被删除，并进行之前未成功发送数据的补发过程，补发数据完整性被确认后，该数据在漂流浮标内存中被删除；所述数据中心服务器将接收到的完整数据解压、合并、分类存储入数据库，并实时将漂流浮标的位置显现在电子地图上；所述用户计算机通过互联网访问数据中心服务器的数据库检索、下载数据，并实时查看漂流浮标电池电量和位移状态。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明利用海洋表层拉格朗日漂流浮标作为海上自主观测平台定时采集和发送数据，经通讯卫星实时传输，由卫星数据接收站接收，再经网络传输至数据中心服务器；数据中心服务器确认数据完整度后向漂流浮标反馈，漂流浮标删除或补发数据；用户计算机通过互联网访问数据中心服务器并经上述流程的逆向过程向漂流浮标下达控制指令，调整漂流浮标工作模式；数据中心服务器建有数据库，可自主进行数据接收、处理、存储、显示，便于用户计算机检索数据并监控漂流浮标状态。本发明可以进行接收确认和数据补发等双向沟通功能，有利于提高漂流浮标数据传输成功率、漂流浮标观测效率和数据利用率，便于数据检索与数据共享，降低观测成本。
【附图说明】
[0013]图1是海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的结构图；
图2是海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的漂流浮标内部模块框图；
图3是海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的漂流浮标内部电路连接图；
图4是海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的漂流浮标的工作流程框图；
图5是海洋表层拉格朗日测量数据采集系统的工作流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0015]请参阅图1，本发明实施例中，海洋表层拉格朗日测量数据采集系统，包括海面自由漂流的拉格朗日观测平台和岸基数据中心；海面自由漂流的拉格朗日观测平台包括大量海洋表层漂流浮标，受到环境的限制，漂流浮标为弱电弱信号，且其卫星天线非常靠近海面，易受海浪和海流的影响；岸基数据中心包括卫星数据接收站、数据中心服务器、用户计算机，卫星数据接收站包括岸基天线及其配套设施、数据接收服务器、网络服务器及配套的数据传输和接收系统，通过通讯卫星接收漂流浮标所采集发送的数据并通过互联网或局域网传输到数据中心服务器，用户计算机可以通过互联网访问数据中心服务器的数据库检索数据，并可实时监控漂流浮标的运行状态，同时，用户计算机还可以通过数据中心服务器向漂流浮标下达控制指令，调整数据采样和传输模式。因此，本系统可以进行接收确认和数据补发等双向沟通功能。
[0016]请参阅图2，漂流浮标的内部模块包括单片机、定位模块、信息采集模块、供电模块、电源控制模块、存储模块、通讯模块、信号传输模块、磁感开关和控制端口等，信息采集模块包括温度传感器及其它传感器，单片机通过集成控制电路板分别与定位模块、信息采集模块、供电模块、电源控制模块、存储模块、通讯模块、信号传输模块、磁感开关和控制端口等集成连接，集成控制电路板上的控制电路以一定逻辑控制以上各组件。
[0017]单片机作为漂流浮标内部系统的核心，负责系统时序控制及指令发送，为优化本发明的实施效果，选用美国Silicon lab公司的C8051F系列单片机，此单片机技术成熟，工作电压范围宽，具备极低的功耗，可以通过控制电源控制模块给其它模块加断电，串口采用RS232串口 ；定位模块采用GPS定位模块，定位精度分别可达2.5米，可为系统内部时钟的校准提供精确绝对时间，该模块按照单片机时序指令进行定位并反馈位置信息至指定存储模块；温度传感器型号为DS18B20，测量范围在-10?+85°C范围以内的精度为±0.5°C，也可选用PT100温度传感器，精度可达±0.10C ;供电模块采用一组锂亚硫酰氯高能电池，额定电压为14.4V，可根据需要增加电池容量；通讯模块采用北斗FH-BI24型，具有双向通讯功能，具有北斗IC卡检测、自检、接收功率检测等功能，北斗模块与单片机之间的连接采用RS232的通讯方式。
[0018]请参阅图3，漂流浮标内部的电路包括开关稳压芯片U1、存储芯片U2、板对板连接器IC1、电源模块IC2、单片机IC3、集成电路IC4、连接器P1、连接器P2、通讯