本发明涉及北斗卫星通信、水声通信领域，具体涉及一种具有水下通信网络与北斗卫星通信功能的通信控制系统，包括：第一浮标装置、第二浮标装置、北斗卫星及服务器。
背景技术：
目前，陆地的无线通信日趋成熟，也有了非常好的研究基础，但无线电磁波却无法在水下传输，并且水深过大，无法在海洋中建立中继基站。地球70%面积都是海洋，要想实现全球化通信，通过大范围建立基站，如同陆地上一般构建无线电磁波传感器网络并不可取。因此，加大海洋利用率以及海洋生态数据的实时监测，实现通信全球化，水下通信网络的建立是不可或缺的。然而水下声传感器网络通信与陆地基于无线电磁波的传感器网络通信有着很大的不同，如传输时延、带宽、转换能量、多图效应等。因此，要想实现水下通信，并建立通信网络结构体系，有着巨大的困难以及压力。
此外，海水深度较深，无法在海洋中搭建中继基站，水下传感器在采集到海洋生态数据之后无法实时回传到陆地上，无法做到海洋生态数据监测、全球化通信的实时性及有效性。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明所解决的问题是加强海洋通信利用率，实现水-空一体化通信。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种具有水下通信网络与北斗卫星通信功能的通信控制系统，包括：第一浮标装置、第二浮标装置、北斗卫星及服务器，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置分别放置在水中，所述第一浮标装置负责海洋生态数据监测并通过接收pc端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第一浮标装置电源，从而控制将所述第一浮标装置采集的生态数据传送至所述第二浮标装置，由所述第二浮标装置通过无线信号把数据向所述北斗卫星传送，再由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；同时，所述第二浮标装置也能接收地面pc端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第二浮标装置电源，从而控制所述第二浮标装置将生态数据通过4g信号直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能。
所述第一浮标装置与所述第二浮标装置在水中相距1km，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置能实现水声信道间数据通信，传输距离为3km；
所述第一浮标装置，包括：置于浮标舱体内部的第一控制板、第一电源板、第一太阳能蓄电池、底部悬挂的第一水下调制解调器modem及温度盐度传感器ctd还有顶部设置的第一太阳能电池板，所述第一水下调制解调器modem、温度盐度传感器ctd及第一电源板分别和所述第一控制板相连接，所述第一电源板负责接收pc端或手机端发送的控制指令，所述第一电源板与所述第一太阳能蓄电池相连，所述第一太阳能蓄电池与所述第一太阳能电池板相连；
所述第一控制板，包括：第一arm控制模块、第一电源模块、第一sd卡数据存储模块及第一串口通信模块，所述第一arm控制模块分别与所述第一sd卡数据存储模块、第一串口通信模块相连，第一arm控制模块、第一sd卡数据存储模块、第一串口通信模块与所述第一电源模块相连，并由所述第一电源模块供电；
所述第一arm控制模块，负责进行数据压缩处理与转发，通过所述第一串口通信模块分别与所述温度盐度传感器ctd、第一水下调制解调器modem连接，在接收到所述温度盐度传感器ctd回传的测量数据后进行数据处理与压缩、格式转换，随后将处理后的数据通过所述第一水下调制解调器modem发送出去；
所述第一sd卡数据存储模块，容量为16g，负责本地存储所述第一控制板中所述第一arm控制模块传来的海洋生态环境数据；
所述第一串口通信模块，负责进行所述温度盐度传感器ctd、第一水下调制解调器modem与所述第一arm控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置rs485和rs232两种串行数据接口；
所述第二浮标装置，包括：置于浮标舱体内部的第二控制板、第二电源板、第二太阳能蓄电池、底部悬挂的第二水下调制解调器modem，还有顶部设置的第二太阳能电池板，所述第二水下调制解调器modem及第二电源板分别和所述第二控制板相连接，所述第二电源板与所述第二太阳能蓄电池相连，所述第二太阳能蓄电池与所述第二太阳能电池板相连；
所述第二控制板，包括：第二arm控制模块、第二电源模块、第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块、北斗通信模块及4g通信模块，所述第二arm控制模块分别与所述第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块相连，所述第二串口通信模块分别与所述北斗通信模块及4g通信模块相连，所述第二arm控制模块、第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块与所述第二电源模块相连，并由所述第二电源模块供电；
所述第二arm控制模块，负责进行数据压缩处理与转发，分别通过所述第二串口通信模块与所述北斗通信模块、4g通信模块、第二水下调制解调器modem连接，所述第二水下调制解调器modem接收到来自所述第一水下调制解调器modem的数据后经所述第二串口通信模块传到所述第二arm控制模块中进行处理，然后通过所述第二串口通信模块将数据传输至所述北斗通信模块，再通过所述北斗通信模块发送至所述北斗卫星，再由卫星回传至服务器端；同时，所述4g通信模块与所述北斗卫星通信功能一致，通过4g信号传送至所述服务器端，与北斗通信模块协同作用；
所述第二sd卡数据存储模块，容量为16g，负责本地存储第二控制板中所述第二arm控制模块传来的海洋生态环境数据；
所述第二串口通信模块，负责进行所述第二水下调制解调器modem、北斗通信模块、4g通信模块与第二arm控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置rs485和rs232两种串行数据接口；
所述北斗通信模块设有外置天线，负责海洋生态环境数据的发送，通过所述北斗通信模块与所述北斗卫星建立通信连接，并将第二浮标装置采集到的数据发送至所述北斗卫星进行中继，继而发送至所述服务器端；
所述4g通信模块设有外置天线，负责海洋生态环境数据的发送，采用h685t-rs2324g无线路由器，支持4glte(tdd)，移动gsm/gprs/edge，3gtd-scdm/td-hsdpa/td-hsupa网络，直接将所述第二浮标装置采集到的数据发送至所述服务器端；
所述第一电源板、第二电源板，均包括电源模块、2g通信模块、stm32控制模块、继电器控制模块、继电器驱动模块，所述stm32控制模块分别与所述2g通信模块、继电器驱动模块相连，所述继电器驱动模块与所述继电器控制模块相连，所述2g通信模块、stm32控制模块、继电器控制模块、继电器驱动模块分别与所述电源模块相连，并由所述电源模块供电，所述电源模块接收来自所述第一太阳能蓄电池/第二太阳能蓄电池的能量；
所述stm32控制模块，负责接收所述2g通信模块的控制指令并处理，从而通过所述继电器驱动模块驱动io口输出的高低电平，从而控制所述继电器控制模块中继电器的导通与断开及所述继电器驱动模块的驱动继电器通断实现所述第一控制板/第二控制板中所述电源模块的供电启动/关闭功能；
所述2g通信模块设有外置天线，负责接收远程手机端或pc端发送的电源开启/关闭控制指令，从而将控制指令传输至所述stm32控制模块；
所述继电器驱动模块，负责将所述m32控制模块输出电平通过bl8023双向驱动继电器芯片进行提高，从而对所述继电器模块进行驱动，并控制继电器通断，其中芯片工作电压在5-16v，静态功耗电流<10na，典型驱动电流300ma，工作温度在-40°c-80°c之间；
所述继电器控制模块，负责控制所述电源模块的开启/关闭，从而让所述第一控制板/第二控制板中各模块通电工作；当所述stm32控制模块的io口输出高电平的时候，继电器导通，则所述第一控制板/第二控制板中各模块通电；当所述stm32控制模块的io口输出低电平的时候，继电器断开，则所述第一控制板/第二控制板中各模块断电；
本发明具有如下有益效果：
（1）温度盐度传感器ctd采用外部直流电源供电，结构小巧，既可以单独使用，也可以安装在浮标、潜标、水下运动载体等平台系统上，采用感应式测量电极，不同于海鸟和aml的电极式测量电极，专门用于近海比层海水温盐测量，针对近海海水水质的特点使用紫外线杀菌模块和铜质防护网；
（2）第一水下调制解调器modem与第二水下调制解调器modem具有较好的工作参数，其工作频率为21khz-27khz，采样率为96khz，分辨率为16bit，采用ofdm的调制方式，可以直接将串口数据的电信号转化为声信号在水下进行传输，且衰减和误码率较小；
（3）温度盐度传感器ctd采集的数据较多，而水声通信的传输信道容量有限，第一arm控制模块、第二arm控制模块可以有效的将数据进行压缩、转换，实现多组数据在水下输出；
（4）2g通信模块设置有天线，可以从地面pc端，甚至手机端发送2g信号，从而直接控制第一arm控制模块、第二arm控制模块、温度盐度传感器ctd、北斗通信模块、第一水下调制解调器modem与第二水下调制解调器modem的电源通断；
（5）北斗通信模块内部集成了高性能rdss射频收发芯片、10w输出功率的功放模块、北斗专用rdss基带电路，以及一款国产bd2b1/gpsl1小型化导航定位模块，可实现rdss定位、通信功能和rnss导航定位等功能，集成度高、功耗低、对外接口非常简单，且与市面常见模块接口兼容，方便用户使用。
附图说明
图1是本发明系统结构图；
图2第一浮标装置结构图；
图3第一控制板结构示意图；
图4第二浮标装置结构图；
图5第二控制板结构示意图；
图6第一电源板/第二电源板结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
图1示出了一种具有水下通信网络与北斗卫星通信功能的通信控制系统结构，包括：第一浮标装置、第二浮标装置、北斗卫星及服务器，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置分别放置在水中，所述第一浮标装置负责海洋生态数据监测并通过接收pc端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第一浮标装置电源，从而控制将所述第一浮标装置采集的生态数据传送至所述第二浮标装置，由所述第二浮标装置通过无线信号把数据向所述北斗卫星传送，再由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；同时，所述第二浮标装置也能接收地面pc端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第二浮标装置电源，从而控制所述第二浮标装置将生态数据通过4g信号直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能。
所述第一浮标装置与所述第二浮标装置在水中相距1km，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置能实现水声信道间数据通信，传输距离为3km；
图2示出了第一浮标装置结构示意，包括置于浮标舱体内部的第一控制板、第一电源板、第一太阳能蓄电池、底部悬挂的第一水下调制解调器modem及温度盐度传感器ctd还有顶部设置的第一太阳能电池板，所述第一水下调制解调器modem、温度盐度传感器ctd及第一电源板分别和所述第一控制板相连接，所述第一电源板负责接收pc端或手机端发送的控制指令，所述第一电源板与所述第一太阳能蓄电池相连，所述第一太阳能蓄电池与所述第一太阳能电池板相连；
图3示出了第一控制板示意，包括：第一arm控制模块、第一电源模块、第一sd卡数据存储模块及第一串口通信模块，所述第一arm控制模块分别与所述第一sd卡数据存储模块、第一串口通信模块相连，第一arm控制模块、第一sd卡数据存储模块、第一串口通信模块与所述第一电源模块相连，并由所述第一电源模块供电；
所述第一arm控制模块，负责进行数据压缩处理与转发，通过所述第一串口通信模块分别与所述温度盐度传感器ctd、第一水下调制解调器modem连接，在接收到所述温度盐度传感器ctd回传的测量数据后进行数据处理与压缩、格式转换，随后将处理后的数据通过所述第一水下调制解调器modem发送出去；
所述第一sd卡数据存储模块，容量为16g，负责本地存储所述第一控制板中所述第一arm控制模块传来的海洋生态环境数据；
所述第一串口通信模块，负责进行所述温度盐度传感器ctd、第一水下调制解调器modem与所述第一arm控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置rs485和rs232两种串行数据接口；
图4示出了第二浮标装置结构示意，包括置于浮标舱体内部的第二控制板、第二电源板、第二太阳能蓄电池、底部悬挂的第二水下调制解调器modem，还有顶部设置的第二太阳能电池板，所述第二水下调制解调器modem及第二电源板分别和所述第二控制板相连接，所述第二电源板与所述第二太阳能蓄电池相连，所述第二太阳能蓄电池与所述第二太阳能电池板相连；
图5示出了第二控制板，包括：第二arm控制模块、第二电源模块、第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块、北斗通信模块及4g通信模块，所述第二arm控制模块分别与所述第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块相连，所述第二串口通信模块分别与所述北斗通信模块及4g通信模块相连，所述第二arm控制模块、第二sd卡数据存储模块、第二串口通信模块与所述第二电源模块相连，并由所述第二电源模块供电；
所述第二arm控制模块，负责进行数据压缩处理与转发，分别通过所述第二串口通信模块与所述北斗通信模块、4g通信模块、第二水下调制解调器modem连接，所述第二水下调制解调器modem接收到来自所述第一水下调制解调器modem的数据后经所述第二串口通信模块传到所述第二arm控制模块中进行处理，然后通过所述第二串口通信模块将数据传输至所述北斗通信模块，再通过所述北斗通信模块发送至所述北斗卫星，再由卫星回传至服务器端；同时，所述4g通信模块与所述北斗卫星通信功能一致，通过4g信号传送至所述服务器端，与北斗通信模块协同作用；
所述第二sd卡数据存储模块，容量为16g，负责本地存储第二控制板中所述第二arm控制模块传来的海洋生态环境数据；
所述第二串口通信模块，负责进行所述第二水下调制解调器modem、北斗通信模块、4g通信模块与第二arm控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置rs485和rs232两种串行数据接口；
所述北斗通信模块设有外置天线，负责海洋生态环境数据的发送，通过所述北斗通信模块与所述北斗卫星建立通信连接，并将第二浮标装置采集到的数据发送至所述北斗卫星进行中继，继而发送至所述服务器端；
所述4g通信模块设有外置天线，负责海洋生态环境数据的发送，采用h685t-rs2324g无线路由器，支持4glte(tdd)，移动gsm/gprs/edge，3gtd-scdm/td-hsdpa/td-hsupa网络，直接将所述第二浮标装置采集到的数据发送至所述服务器端；
图6示出了第一电源板/第二电源板结构示意，包括电源模块、2g通信模块、stm32控制模块、继电器控制模块、继电器驱动模块，所述stm32控制模块分别与所述2g通信模块、继电器驱动模块相连，所述继电器驱动模块与所述继电器控制模块相连，所述2g通信模块、stm32控制模块、继电器控制模块、继电器驱动模块分别与所述电源模块相连，并由所述电源模块供电，所述电源模块接收来自所述第一太阳能蓄电池/第二太阳能蓄电池的能量；
所述stm32控制模块，负责接收所述2g通信模块的控制指令并处理，从而通过所述继电器驱动模块驱动io口输出的高低电平，从而控制所述继电器控制模块中继电器的导通与断开及所述继电器驱动模块的驱动继电器通断实现所述第一控制板/第二控制板中所述电源模块的供电启动/关闭功能；
所述2g通信模块设有外置天线，负责接收远程手机端或pc端发送的电源开启/关闭控制指令，从而将控制指令传输至所述stm32控制模块；
所述继电器驱动模块，负责将所述m32控制模块输出电平通过bl8023双向驱动继电器芯片进行提高，从而对所述继电器模块进行驱动，并控制继电器通断，其中芯片工作电压在5-16v，静态功耗电流<10na，典型驱动电流300ma，工作温度在-40°c-80°c之间；
所述继电器控制模块，负责控制所述电源模块的开启/关闭，从而让所述第一控制板/第二控制板中各模块通电工作；当所述stm32控制模块的io口输出高电平的时候，继电器导通，则所述第一控制板/第二控制板中各模块通电；当所述stm32控制模块的io口输出低电平的时候，继电器断开，则所述第一控制板/第二控制板中各模块断电；
以上结合附图对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。