专利名称：一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种潮汐测量装置，尤其是一种基于卫星定位系统的潮位浮标测量器。
背景技术：
潮汐是重要的海洋物理要素之一。潮汐测量具有重要的军事用途，并且在国民经济和建设中同样发挥着巨大的作用，它可为水产、捕捞、养殖，航道疏浚、潮汐发电、海洋资源勘探与开发及海洋工程等提供重要的参考数据。
测量潮汐的方法有多种，主要有水尺验潮、用浮子式验潮仪、引压钟式验潮仪、声学式验潮仪、压力式验潮仪以及潮汐遥感测量等，它们各有优缺点。
水尺测量需要人工进行。水尺验潮是将特制的水尺安装于水中，在码头可直接安装在港池壁上，在野外一般要竖一木桩，再将水尺固定在桩上。此种方法最为原始，但简单而直观，便于水准联测，而且无需能源，一旦安装完毕，可长时间免维护，设备费用低。但需人工定时读数记录，人力投入较大，且数据无法直接进入自动化的流程。
浮子式与引压钟式验潮仪其特点是精度较高，维护方便，但一次性投入费用较高，不机动灵活，对环境要求高(如供电、防风防雨等)。
声学式验潮仪属无井验潮仪，根据其声探头(换能器)安装在空气中或水中而分为两类。这两种声学验潮方法精度较低，仪器本身存在至少几厘米的固有误差；另外测量精度与声探头的姿态有关，同时一般水声换能器有一定的盲区，因此根据换能器的不同，安放位置需要有一定的水深。而在此深度内，海水中的声速不是恒定的，它随海水温度及盐度的变化而改变，同时还受到海水中的悬浮物等因素的影响，水深越浅影响越大。因此声速误差将影响到测深精度。声学式验潮仪在离岸较远的验潮点不便使用，在冬季岸边海水结冰后，声学式验潮仪一般无法工作。声学式验潮仪在离岸较远的验潮点不便使用，在冬季岸边海水结冰后，声学式验潮仪一般无法工作。
压力式验潮仪是是将验潮仪安置于水下固定位置，通过检测海水的压力变化而推算出海面的起伏变化。不需要打井建站，无须海岸作依托，不但适用于沿岸，码头，而且对于远离岸边及较深的海域的验潮，它同样能胜任。但在较深水域验潮时，需要潜水员将设备捞出，再通过接口读出记录数据；设备没有电缆通到水上，需要电池供电，有水密要求，且成本较高；如果布放点水深较深，无法进行联测，则验潮仪的工作时间长为半个月或一个月甚至更长。
潮汐遥感测量是指利用卫星的雷达高度计来测量海面的起伏变化。卫星测高技术可提供全球、特别是偏远地区的潮汐资料，其特点是速度快，经济，但精度较低。
总之，当前的潮位探测方法具有以下不足安装不方便；成本高；精度受限制；测量受天气环境影响；未实现远程测量数据传输；现有的潮位探测设备仅适用于离海岸距离较近的海域，国内还未开展对距离海岸较远海域的潮汐测量，且无连续、高精度的监测手段。目前国际上尚无基线超过100公里动态定位精度达到2厘米的远程GPS远程定位系统。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提出一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，接收并发送海洋潮汐的GPS信息，实现远距离海洋潮位监测，安装方便、测量精度高。
本实用新型是通过如下的技术方案实现的一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，包括用于接收浮标上的GPS天线传送来的GPS信息的GPS接收机，用于接收、存储GPS接收机采集到的潮汐信息，并将该信息发送到监测中心通信控制模块，将通信控制模块接收的信息和控制命令传送到监测中心的卫星通信模块及电源模块；所述的通信控制模块分别通过通信接口与GPS接收机、卫星通信模块连接，所述的电源模块为GPS接收机、通信控制模块和卫星通信模块的工作供电；上述基于卫星定位系统的潮位浮标探测器还包括用于采集浮标姿态信息的倾斜仪，所述倾斜仪通过通信接口与通信控制模块连接。
所述的通信控制模块为工控机或单片机处理模块。
所述的工控机采用PC104系列的工控机。
所述的单片机处理模块包括单片机、存储器和通信接口扩展电路，所述的单片机分别通过数据线、控制线与存储器、通信接口扩展电路连接。
所述的存储器为EEPROM或EPROM或FLASH MEMORY或其组合。
所述的通信接口为RS232或RS485串行通信接口。
本实用新型实现远距离海洋潮位监测，不受天气环境影响，可以实现远程测量数据的传输，测量数据准确，精度高，安装方便。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型中所用通信接口的连接示意图；图3为本实用新型实施例一的结构示意图；图4为本实用新型实施例一的安装示意图；图5为本实用新型实施例二的结构示意图；图6为本实用新型实施例二的电路原理图。
具体实施方式
参见图1，为本实用新型结构示意图，一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，包括通信控制模块1、GPS接收机2、卫星通信模块3、电源模块4、倾斜仪5，所述的电源模块4的输入为7-30DCV，为通信控制模块1、GPS接收机2、卫星通信模块3提供5V电源，为倾斜仪5提供12V电源，其中，通信控制模块1用于接收、存储GPS接收机2采集到的潮汐信息，并将该信息发送到监测中心，GPS接收机2为双频GPS接收机，用于接收浮标上的GPS天线传送来的GPS信息，卫星通信模块3将通信控制模块1接收的信息和控制命令传送到监测中心，倾斜仪5用于采集浮标的姿态信息，并把该姿态信息传送到通信控制模块1。
上述通信控制模块1分别与GPS接收机2、卫星通信模块3和倾斜仪5通信的通信接口为RS2 32或RS485串行通信接口，其中，RS232接口的连接示意图如图2所示。其中，通信接口11与通信控制模块1连接，通信接口22与GPS接收机2连接，通信接口11的RXD2端、TXD3、GND5分别与通信接口22的TXD2、RXD3、GND5连接。通信控制模块1与卫星通信模块3和倾斜仪5的通信接口连接与图2相同。
在本实用新型中，可以只包括通信控制模块1、GPS接收机2、卫星通信模块3、电源模块4，通过通信控制模块1接收GPS接收机2接收的GPS信息，并通过卫星通信模块3发送到监测中心，由监测中心对接收的数据根据差分处理得到高精度的潮汐数据。由于本实用新型放置在浮标上，浮标随海浪的波动而上下起浮或左右摆动，则浮标上的GPS天线也随着浮标一起运动，GPS接收机2接收的GPS信息为GPS天线端的位置信息，随着浮标的上下起浮或左右摆动，GPS天线端的位置与浮标本身的位置有一定的误差，尤其是海浪的波动较大时，这种误差就会更大。为了使测量更加准确，本实用新型采用了倾斜仪5采集浮标的姿态信息，并把该信息也发送到监测中心，监测中心对GPS接收机2接收的GPS信息进行校正，以此来消除该误差，保证测量的精确性。监测中心同时接收岸上基准GPS接收机数据，两者结合进行差分处理，可实现距离海岸几十至三百公里的海洋潮位监控，且精度达到2厘米左右，且其运行不受天气环境的影响。
以下通过具体的实施例对本实用新型进行详细的说明。
实施例一本实施例的结构示意图如图3所示，在本实施例中，通信控制模块采用SCM/SDXpe PC/104型号的工控机100，该工控机100采用高性能的嵌入式486处理器，其工作频率为50M～133MHz，具有32M内存，带扩展的工业标准BIOS，标准DMA中断定时控制器，标准并行6个串行口及键盘和喇叭接口，NE2000兼容的网络接口，VGA支持彩色和单色LCD EL平板显示器以及模拟CRT，1M显存，电池后备的实时时钟，BIOS支持的看门狗，用EEPROM省去了大多数配置跳线，PC/104兼容的总线4～20mA总线驱动。数据文件和程序均存储在硬盘中，或者存储在CF卡上。该工控机100为高度紧凑的PC/104结构形式(90×96×15mm)。
GPS接收机101采用法国Thales公司Ashtech ZX-Eurocard，为双频GPS OEM板，配备双频天线，可输出位置、时间等数据信息，与工控机通过串口进行数据交换。
卫星通信模块102采用摩托罗拉公司的IRM9500系列型号的卫星通信模块，与工控机通过串口进行数据交换，在建立数据通信链路后，工控机可将采集到的数据信息传送到监控中心，出现故障时在第一时间内拨打有关人员的固定电话和手机。
倾斜仪103采用Honeywell公司的HMR3000型号的倾斜仪。通过串口与工控机进行数据交换，主要用来测量浮标的倾斜、横滚等姿态。
电源模块104为工控机100、GPS接收机101、卫星通信模块102和倾斜仪103供电。
其中，工控机100还预留了三个串口输出105，用于功能扩展时使用。
本实施例的安装示意图如图4所示，本实用新型集成在一个防水防腐的柜子200中，放置在浮标203的舱内，浮标203漂浮在海浪205上，并通过锚固定海底，电源204为本实用新型供电，在该浮标203上设有塔2031，在塔2031上设有GPS天线201和卫星通信天线202，天线201和202分别通过线缆2011、2021与柜子200内的GPS接收机101、卫星通信模块102连接。
GPS天线201通过线缆2011将接收的GPS信号传送到集成在柜子200内的GPS接收机101，GPS接收机101为双频接收机，通过串口把GPS信号送到工控机100中，同时，倾斜仪103将采集到的浮标姿态信息通过串口传送到工控机100中，工控机100对接收的GPS信息、浮标姿态信息进行压缩等一系列处理后通过卫星通信模块102、卫星通信天线202发送出去。
监测中心同时接收本实用新型、海岸GPS接收机发送的信息，并进行处理，得到有关潮汐的信息，可实现距离海岸几十至三百公里的海洋潮位监控，且精度达到2厘米左右，系统运行不受天气环境的影响。
实施例二本实施例的结构示意图如图5所示，包括单片机处理模块300，GPS接收机301、卫星通信模块302、倾斜仪303和电源模块304，在本实施例中，GPS接收机301、卫星通信模块302、倾斜仪303、电源模块304与实施例一的相同，在此不再赘述，与实施例一不同的是，本实施例的通信控制模块采用单片机处理模块300，其电路原理图如图6所示。
单片机处理模块300包括AVR单片机ATmega162、串口扩展芯片MAX3100、4M byte串行存储器AT45DB041以及RS232接口芯片MAX202组成。其中，单片机ATmega162完成数据采集处理功能，是本模块的处理核心，协调各部分工作；串口扩展芯片MAX3100把单片机的I/O口扩展出一个串口；存储器AT45DB041的容量为4M字节，用于存储数据；RS232接口芯片MAX202将TTL电平转换为RS232电平。
单片机ATmega162 U1本身内含两个串口，RXD1、TXD1为一组，RXD0、TXD0为一组，这两组串口信号通过RS232接口芯片MAX202 U2将TTL电平转换为RS232电平，分别通过接口J1、J2输出串口信息，单片机ATmega162U1经串口扩展芯片MAX3100 U4扩展一个串口，经RS232接口芯片MAX202U3将TTL电平转换为RS232电平，通过接口J3输出串口信息，所以，本实施例共有3个串口，其中串口J1与卫星通信模块302连接，串口J2与GPS接收机301连接，串口J3与倾斜仪303连接。由于本实施例需要连续的读取数据，为了存储数据，单片机ATmega162 U1扩展串行存储器AT45DB041U5，用于记录采集到的数据。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于包括用于接收浮标上的GPS天线传送来的GPS信息的GPS接收机，用于接收、存储GPS接收机采集到的潮汐信息，并将该信息发送到监测中心的通信控制模块，将通信控制模块接收的信息和控制命令传送到监测中心的卫星通信模块及电源模块；所述的通信控制模块分别通过通信接口与GPS接收机、卫星通信模块连接，所述的电源模块为GPS接收机、通信控制模块和卫星通信模块的工作供电。
2.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于还包括用于采集浮标姿态信息的倾斜仪，所述倾斜仪通过通信接口与通信控制模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于所述的通信控制模块为工控机或单片机处理模块。
4.根据权利要求3所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于所述的工控机采用PC/104系列的工控机。
5.根据权利要求3所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于所述的单片机处理模块包括单片机、存储器和通信接口扩展电路，所述的单片机分别通过数据线、控制线与存储器、通信接口扩展电路连接。
6.根据权利要求5所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于所述的存储器为EEPROM或EPROM或FLASH MEMORY或其组合。
7.根据权利要求5所述的基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，其特征在于所述的通信接口为RS232或RS485串行通信接口。
专利摘要本实用新型公开了一种基于卫星定位系统的潮位浮标探测器，包括用于接收浮标上的GPS天线传送来的GPS信息的GPS接收机，用于接收、存储GPS接收机采集到的潮汐信息，并将该信息发送到监测中心的通信控制模块，将通信控制模块接收的信息和控制命令传送到监测中心的卫星通信模块及电源模块；所述的通信控制模块分别通过通信接口与GPS接收机、卫星通信模块连接，所述的电源模块为GPS接收机、通信控制模块和卫星通信模块的工作供电。本实用新型实现远距离海洋潮位监测，不受天气环境影响，可以实现远程测量数据的传输，测量数据准确，精度高，安装方便。
文档编号G01S7/02GK2718517SQ20042005063
公开日2005年8月17日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者陈新, 杨东凯, 邢兆栋 申请人:陈新, 张其善, 杨东凯