一种海洋站通用型数据采集器及其控制方法与流程

本发明属于数据采集器，具体而言，涉及一种海洋站通用型数据采集器及其控制方法。

背景技术：

1、海洋站通用型数据采集器在现代海洋观测领域扮演着至关重要的角色，它是连接各类传感器与数据分析平台的核心组件。随着海洋科学研究、环境保护和灾害预警的需求日益增长，对海洋环境参数的实时监测及准确获取变得至关重要。传统海洋站水文气象自动观测设备中的数据采集器主要负责从各个传感器中收集实时数据，并将其传输至中央处理系统或云端进行分析处理。然而，传统的数据采集器存在诸多弊端。

2、首先，在硬件设计上，由于缺乏统一的设计标准和技术规范，导致各厂家生产的数据采集器通常包含大量的数字和模拟接口电路及其辅助电路，尤其是针对不同类型的传感器，往往需要配备独立且复杂的接口模块，这不仅增加了整体系统的复杂性，还使得设备体积庞大、能耗较高，不利于安装部署和长期运行。其次，我国当前的海洋站水文气象观测设备市场呈现出高度碎片化的态势，各个厂家根据自身技术和产品定位开发了多种类型的数据采集器，这些采集器大多针对特定品牌或型号的传感器进行了定制化设计。即使同一厂家提供的不同类别的采集器（如水文数据采集器和气象数据采集器），也可能因为应用场景和功能需求的不同而采用不同的通信协议和接口设置，导致相互之间难以兼容互换。此外，由于行业内缺乏统一的标准和开放的技术规范，即使选用相同品牌的传感器，不同厂家生产的采集器也难以实现无缝对接。这意味着用户单位为了满足多类型传感器的接入需求，不得不储备大量来自不同供应商的采集器备品备件，这大大增加了购置成本以及运营维护难度。同时，市场上缺乏能够广泛兼容现有传感器并支持即插即用功能的通用型数据采集器，导致在实际应用过程中资源浪费严重，技术更新迭代困难，以及运维人员培训成本增加。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种海洋站通用型数据采集器及其控制方法，减少了不必要的模拟接口和辅助电路，具备高集成度、宽泛兼容性的特点。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种海洋站通用型数据采集器，其中，包括微处理器、数字传感器、观测设备、sd卡、通信设备、显示模块，所述微处理器用于解析来自所述数字传感器的数据，并根据预设的程序进行计算、存储、分析和传输操作，所述数字传感器用于从环境中获取观测信息并将其转化为可被所述微处理器识别的数字信号，所述观测设备与所述数据采集器集成在一起，用于将现场实时采集到的所述观测信息传递给所述微处理器进行处理，所述sd卡作为非易失性存储介质，用于存储采集到的所述观测信息以及临时计算结果，所述通信设备用于所述数据采集器与外部系统进行无线或有线连接，所述微处理器设置有传感器接口、通信接口、人机交互接口以及ram接口、flash接口、rtc接口，所述微处理器通过电源接口连接有开关电源，所述开关电源用于给所述数据采集器进行供电，所述数据采集器采用单口复用技术，通过所述传感器接口连接并识别多个具有独立地址的所述数字传感器，并根据预设命令读取所述数字传感器的数据；

4、其中，所述数据采集器采用cmos技术芯片。

5、在上述技术方案的基础上，本发明的一种海洋站通用型数据采集器还可以做如下改进：

6、其中，所述传感器接口包括rs232和rs485接口，利用片上系统的cpu内置a/d转换器，取代传统独立的a/d转换电路及模拟电源和基准电源电路；

7、其中，所述cpu采用低频工作模式，晶振为3.6864。

8、片上系统是一种集成电路设计技术，它将一个完整电子系统的所有或大部分必要组件集成到单个硅芯片上。这些组件通常包括中央处理器（cpu）、存储器、图形处理单元（gpu）、usb接口、视频和音频处理电路、以及其他外围电路等部件。通过在单个芯片上实现整个系统的功能，soc可以显著降低功耗、提高运行速度，并简化电路板设计。这种技术广泛应用于小型化、复杂化的消费电子产品中，如蜂窝电话、蓝牙设备、物联网设备以及各种无线产品等，有助于提供增强的时钟频率性能，同时也减少了元器件占用的空间，提高了整体系统的集成度与可靠性。

9、进一步的，所述数据采集器通过类modbus通信技术获取数据，同一接口识别并分别向各个数字传感器发送匹配的数据读取命令，仅对应的数字传感器回应数据，实现多数字传感器单口复用技术。

10、进一步的，所述数据采集器包括采用类“人脸识别”技术的数据头自动识别模块，用于识别数字传感器传输信息的头部标识符，并启动相应的数据读取驱动程序和解析程序以提取观测信息。

11、进一步的，还包括安全性设计，具体为所述电源接口的防反插保护二极管和所述通信接口及所述传感器接口的三级信号防雷电路，同时对信号地电压实时监控，当所述信号低电压超过大地电压0.3v时自动泄放能量，所述数据采集器自动将能量进行泄放。

12、进一步的，所述显示模块具体为显示屏以及菜单式技术，其中，所述数据采集器配置显示屏，所述显示屏用于对所述数据采集器进行配置，所述数字传感器配置采用菜单式技术，所述菜单式技术用于用户根据需求选择数字传感器。

13、人机交互友好，配置广州大彩光电科技有限公司的dc48270m043大屏幕触摸屏，方便对数据采集器的配置。

14、传感器配置采用菜单式技术，如点击触摸屏上的风传感器的选择菜单，可以弹出三种传感器选型，分别是xfy3-1、yunfan240、young05103，可以根据需求点击相应型号的数据采集器传感器。

15、进一步的，所述开关电源为3.3v稳压电源芯片及其外围电路。

16、本发明的第二方面提供一种海洋站通用型数据采集器的控制方法，其中，控制方法包括以下步骤：

17、s10，所述数据采集器通过类modbus通信协议初始化所有连接到所述rs232接口或所述rs485接口上的数字传感器，为每个所述数字传感器分配一个唯一的地址，并根据各所述数字传感器类型预设相应的数据读取命令；

18、s20，当需要从特定数字传感器获取数据时，所述数据采集器根据预存的传感器地址和对应的所述数据读取命令，向指定数字传感器发送唯一的数据读取请求；

19、s30，接收到所述数据读取命令的数字传感器判断所述数据读取命令是否与自身的响应指令匹配；

20、s40，所述数据采集器接收到数字传感器回复的数据后，依据预先设定的信息头识别规则对所述数据进行解码和解析；

21、s50，解析后的所述数据被存入ram临时存储并由cpu进行进一步处理，包括数据质量控制、阈值分析和协方差分析；

22、s60，所述数据采集器采用轮询或动态调度的方式，依次向各个接入的数字传感器发起“点播”式数据获取请求，周而复始地完成多传感器数据的高效同步采集。

23、在上述技术方案的基础上，本发明的一种海洋站通用型数据采集器的控制方法还可以做如下改进：

24、进一步的，所述s30步骤，具体包括：如果所述数据读取命令是否与自身的响应指令匹配，数字传感器开始收集当前环境下的观测信息，并将观测信息数据通过同一通信总线回传给所述数据采集器。

25、进一步的，所述s60步骤，具体包括：

26、步骤1，所述数据采集器按照规定时间设定一个定时器，启动循环计时机制；

27、步骤2，将所有已连接并待读取数据的数字传感器及其对应数据读取命令构成任务列表，并按照预定顺序排列，分别为第一传感器、第二传感器，并以此类推；

28、步骤3，当计时达到每一轮的开始时刻，所述数据采集器依据所述任务列表，向所述第一传感器发出特定的“点播”式数据读取请求，等待其回应；

29、步骤4，在接收到所述第一传感器响应的数据后，所述数据采集器立即解析相应数据，并将所述响应数据存储到指定内存区域，同时执行数据质量控制程序；

30、步骤5，所述数据采集器更新工作状态，按照所述任务列表顺序，向所述第二传感器发起相同的数据请求；

31、步骤6，重复上述步骤3~5，直至遍历完所有接入的数字传感器，并在完成最后一项任务后返回至第一传感器开始下一轮的读取循环。

32、与现有技术相比较，本发明提供的一种海洋站通用型数据采集器及其控制方法的有益效果是：

33、（1）高度通用性：此款数据采集器设计之初就充分考虑了跨平台、跨环境的兼容性和适应性，其应用范围广泛涵盖了海洋站、志愿船以及浮标等多种观测设施和平台。通过统一接口标准与模块化设计，用户无需为不同应用场景配备大量专用的数据采集设备，从而大幅度减少了备品备件的数量及相关的存储成本。同时，降低了因设备种类繁多带来的维护和管理复杂度，使得整个观测网络的运营更加便捷高效；

34、（2）智能化集成：在自动化处理方面，这款数据采集器具备卓越的智能化特性。它能够自动识别并高效采集连接到系统的各类传感器数据，不论是水文参数还是气象信息，都能准确无误地进行实时抓取。更为重要的是，数据采集器还内建了智能数据分析功能，能够自动对获取的数据质量进行深度分析，并据此提供各种状态报告和预警信息，进一步提升了观测结果的可信度和响应速度；

35、（3）绿色节能低功耗：针对能源供应与环保需求，这款数据采集器采用了一系列先进的低功耗技术，使其整体运行功率严格控制在0.1w以内。这一创新设计意味着只需小型太阳能供电系统即可持续为其供电，完全摆脱对传统市电电源的依赖。由于具备超低能耗特性，数据采集器能够在偏远地区或极端环境下稳定工作，展现出极高的环境适应性和能源利用效率；

36、（4）高可靠性和无人值守能力：为了确保长期稳定运行和应对各种严苛条件，数据采集器采用了多项可靠性保障措施。首先，低功耗设计有效减少元器件损耗，延长使用寿命；其次，对于关键接口如通信接口和传感器接口均设置了防反插保护二极管、三级信号防雷电路等多重防护机制，以抵御可能影响设备正常工作的电气干扰和物理损害。得益于此，该数据采集器具有出色的耐候性、抗干扰能力和故障自恢复功能，可以在无人值守的情况下长期连续工作，实现24/7全天候不间断的精准监测；

37、（5）标准化设计与广泛应用：这款通用数据采集器秉持开放性和互操作性的设计理念，全面采用了业界认可的标准接口和数据采集处理方法。这种标准化的设计模式不仅简化了与其他设备和系统的对接流程，更便于数据格式的统一和标准化，促进了数据共享和远程监控功能的无缝集成。因此，在全球范围内推广应用后，这款数据采集器有望成为海洋站水文气象观测领域不可或缺的标准配置组件，助力海洋科学研究、环境保护和灾害预警等方面的长远发展。