一种海洋资料浮标数据采集控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于海洋观测设备技术领域，具体涉及一种海洋资料浮标数据采集控制系统。
【背景技术】
[0002]海洋观测是海洋科学的重要组成部分。通过海洋水文气象的观测，人们能够全面、及时、准确地掌握海洋环境的变化规律以及人类活动对海洋环境的影响，为海洋科学研究、海洋工程建设、海洋资源开发、海洋环境保护、航海安全保证、海洋灾害预防提供了基础资料和科学依据，因而对此的研究有着极为重要的意义。由于海洋环境的高度复杂性，对于观测技术提出了较高的要求。海洋定点锚系资料浮标因为其自动化程度高、可远程监控、连续观测等优点逐渐成为海洋观测的重要手段之一。
[0003]我国的海洋资料浮标的研制始于1965在青岛进行的全国海洋仪器大会战，当时研制出了代号为H23的海洋资料浮标原理性样机。1973年研制出了 2H23海洋资料浮标并在海上试运行了 20天。1976年，海洋资料浮标被列入国家大型关键产品研制计划。1978年底HFB-1型海洋水文气象遥测浮标站(简称I型浮标)研制成功并投入国家海洋局东海分局吕泗海洋站外海150km海域试运行。在这期间，还研制出了科浮1号、南浮1号资料浮标，并在不同海域上进行了试运行。II型浮标的研制始于1986年，现代化海洋资料浮标研制被列入国家“七五”重点科技攻关项目，即大型海洋资料浮标、大型深海海洋资料浮标和小型资料浮标，分别由山东省海洋仪器仪表所、中国科学院海洋研究所和国家海洋技术中心承担。受当时的电子技术发展限制，该系统主控部分采用的是体型比较庞大的PC104单板机等作为浮标系统的自动控制与数据采集的核心。PC104单板机多是功能齐全的一中嵌入式系统，包含包括以太网、音频、触摸屏等多种硬件模块，而大多数这些硬件模块在海洋观测中是用不到的，但这些用不上的硬件模块同样需要消耗电源和占据空间尺寸。以往实验表明，PC104工控机在不挂载传感器的控制状态下功耗达到7W左右，这对以太阳能为唯一能源的海洋观测等苛刻环境来说是很大负担，正常日常情况尚可以维持正常工作，一旦出现台风、暴雨等恶劣天气数据采集器很快就会耗尽电池电量，停止工作。而这些极端海况下的海洋环境参数正式研究人员需要捕捉的。
[0004]近年来，随着以Campbell为代表的商业化DataLogger的发展和广范应用，也出现了以CR1000、CR3000等中央控制器的大型海洋资料浮标系统。但是这些产品化控制器数据对华技术垄断，价格昂贵，传感器接口都已定型。而且搭载的操作系统所支持的协议大多数为Campbell公司自己生产的气象水文仪器，不方便用户的扩展和定制化采样需求。
【实用新型内容】
[0005]为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种海洋资料浮标数据采集控制系统，其数据采集控制器采用低功耗电子元器件，数据采集和处理时间之外均处在超低功耗睡眠模式，采集器自身功耗约为1.2W左右，极大延长了浮标在海洋中的监测时间。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:
[0007]—种海洋资料浮标数据采集控制系统，其包括:
[0008]数据采集器，安装于浮标上，用于获取海洋参数以及浮标位置；
[0009]数据采集控制器，用于接收所述数据采集器获取的海洋参数和浮标位置数据，所述数据采集控制器为芯片MSP430 ;
[0010]通信模块，用于将海洋参数和浮标位置数据传送给远端的监控终端；
[0011]所述通信模块的输入端以及数据采集器的输出端分别与芯片MSP430的第一 UART口和第二 UART 口相连；
[0012]继电器组件，用于控制数据采集控制器以及通信模块的工作与否；
[0013]供电单元，用于为所述数据采集器、数据采集控制器、通信模块以及继电器组件供电。
[0014]所述数据采集器的输出端与芯片MSP430的第二 UART 口之间还连接一串口扩展电路，所述数据采集器包括GPS接收机、剖面流速仪、波浪传感器、自动气象站以及温盐深仪，所述GPS接收机、剖面流速仪、波浪传感器、自动气象站以及温盐深仪的输出端均通过该串口扩展电路与芯片MSP430的第二 UART 口相连。
[0015]所述继电器组件为六个固态继电器电路，分别对应GPS接收机、剖面流速仪、波浪传感器、自动气象站、温盐深仪以及通信模块，每个固态继电器电路均包括固态继电器本体、第一二极管、第二二极管、第一 NPN三极管、第二 NPN三极管、第一电阻和第二电阻，所述固态继电器本体为脉冲固态继电器TQ2-L-12，所述固态继电器本体的两个正输入端以及两个公共端均与供电单元的输出端相连，所述第一 NPN三极管的基极通过第一电阻连接至芯片MSP430的其中一 I/O 口，第一 NPN三极管的集电极通过第一二极管连接至供电单元的输出端；所述第二NPN三极管的基极通过第二电阻连接至芯片MSP430的另一 I/O 口，第二NPN三极管的集电极通过第二二极管连接至供电单元的输出端，所述固态继电器本体的两个负输入端分别连接于第一二极管的正极与第一 NPN三极管的集电极之间以及第二二极管的正极与第二 NPN三极管的集电极之间；所述第一 NPN三极管和第二 NPN三极管的发射极均接地；每个固态继电器本体的两个常开端均与该固态继电器本体所在固态继电器电路对应的数据采集器或通信模块的电源端连接。
[0016]所述供电单元包括安装于浮标上侧的太阳能板以及安装于浮标舱室内的充电控制器、蓄电池和稳压电路，其中，所述太阳能板的输出端依次通过充电控制器、蓄电池连接至稳压电路。
[0017]所述供电单元共输出12V、5V、以及3.3V三种直流电压信号，分别来自蓄电池的输出端、稳压电路的第一输出端以及稳压电路的第二输出端，其中，12V直流电压信号输出给所有固态继电器本体的正输入端、以及与剖面流速仪、波浪传感器、自动气象站、温盐深仪的电源端分别相连的固态继电器本体的公共端；5V直流电压信号输出给与GPS接收机的电源端相连的固态继电器本体的公共端，3.3V直流电压信号输出给芯片MSP430以及与通信模块的电源端相连的固态继电器本体的公共端。
[0018]所述稳压电路包括第一滤波电路、第二滤波电路、第三滤波电路、电源转换模块K7805以及电源转换模块K7803，所述电源转换模块K7805的输入端和输出端分别连接于蓄电池的输出端和电源转换模块K7803的输入端，第一滤波电路连接于电源转换模块K7805的输入端和蓄电池的输出端之间，第二滤波电路连接于电源转换模块K7805的输出端和电源转换模块K7803的输入端之间，电源转换模块K7805的输出端经第二滤波电路后形成稳压电路的第一输出端，电源转换模块K7803的输出端经第三滤波电路后形成稳压电路的第二输出端。
[0019]所述串口扩展电路为扩展芯片GM8125。
[0020]所述GPS接收机、剖面流速仪、波浪传感器、自动气象站以及温盐深仪分别为TX-GPS 模块、Nortek Aqua 剖面流速仪、AXYS Triaxys 波浪传感器、Visala WXT-520 自动气象站、以及JFE ACTW-CAR温盐深仪。
[0021]所述海洋资料浮标数据采集控制系统进一步包括漏水检测电路、舱门检测电路以及锚灯检测电路，所述漏水检测电路包括安装于浮标舱室内底部的漏水电极，所述漏水电极的正、负极分别连接于芯片MSP430的其中一输入端和输出端，所述芯片MSP430的其中一输入端始终处于高电平，在与漏水电极的负极相连的芯片MSP430的输出端输出高电平时则浮标舱门漏水，所述舱门检测电路为安装于舱门闭合处的接近开关，所述接近开关的输出端连接于芯片MSP430的另一输入端；所述锚灯检测电路包括光电耦合器件，锚灯的输出端连接于所述光电親合器件的光输入端，光电親合器件的电输出端连接于芯片MSP430的又一输入端。
[0022]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0023]1、数据采集控制器采用低功耗电子元器件，数据采集和处理时间之外均处在超低功耗睡眠模式，数据采集控制器自身