CN104950317A - 一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标及其使用方法，经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标包括单片机、北斗模块、定位模块、温度传感器、第一稳压电路模块、第二稳压电路模块、北斗电源控制器、供电模块、预留串口和时钟，北斗模块上设有北斗天线，定位模块包括GPS传感器和GPS天线，供电模块为锂亚硫酰氯电池。本发明充分利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能以及双向通讯的特点，结合漂流浮标数据存储模块，实现了数据采集与发送的时间点分离、数据补发等功能，以降低浮标功耗、提高数据接收成功率，且本发明经同一陆基天线可错时接收和发送不同的浮标的数据，降低了成本，满足了长时间、大范围、高精度海洋观测的需求。

Description

一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标及其使用方法

技术领域

本发明涉及海洋通讯监测领域，具体是一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标及其使用方法。

背景技术

伴随定位及通讯技术的发展，利用拉格朗日法测量海流的海洋表层漂流浮标发展迅速，在精度、可靠性、适用范围等方面都得到极大的提高，低廉的成本令其在海洋监测领域得到广泛应用。当前，作为抛弃式海洋仪器，该类浮标所依靠的定位系统主要有GPS、“北斗”和ARGOS等，而其数据传输则依赖于岸基无线通讯和卫星通讯，卫星通讯系统有ARGOS、铱星、全球星和“北斗”等，其中北斗卫星导航系统作为我国独立研制开发的系统，有如下特点：该系统兼具定位与通信功能，通信时间间隔可以很短，因为北斗卫星是地球同步卫星，同时其终端可兼容其它定位系统；采用短报文模式通讯，传输速度快、实时性强、掉线率低，并能及时反馈接收信息，保证数据传输成功率；自主研发，数据传输不经其它服务器，保密性强。

现阶段，北斗系统已覆盖南北纬55°之间，东经84°到160°的广大区域，采用该系统进行数据传输，对于保证浮标数据传输成功率、提高数据传输效率、维护我国近海海洋权益具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大范围、高精度的经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标，包括单片机、北斗模块、定位模块、温度传感器、第一稳压电路模块、第二稳压电路模块、北斗电源控制器、供电模块、预留串口和时钟，所述供电模块的输出端分别连接磁控开关和北斗电源控制器的1脚，磁控开关另一端连接第一稳压电路模块的1脚，第一稳压电路模块的2脚接地，第一稳压电路模块的3脚分别连接单片机的电源端口和定位模块的1脚，定位模块的3脚接地，定位模块的2脚连接单片机的SER1端口，温度传感器连接单片机的第一I/O端口，温度传感器另一端接地，单片机的SER3端口连接预留串口，单片机的SER0端口连接北斗模块的2脚，北斗模块的3脚接地，定位模块的4脚连接时钟，北斗模块的1脚连接第二稳压模块的2脚，第二稳压模块的3脚接地，第二稳压模块的1脚连接北斗电源控制器的2脚，北斗电源控制器的3脚连接单片机的第二I/O端口。

作为本发明再进一步的方案：所述定位模块、温度传感器采集数据与北斗天线发送数据的时间点分离。

所述经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标的使用方法，具体步骤如下：

（1）经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标由时钟控制，若达到数据采集时间，则通过定位模块和温度传感器分别读取相应位置信息与水温信息，读取工作模式并将位置、水温等数据按照预设格式添加报文标示后压缩存储得到报文数据；

（2）所述定位模块、温度传感器采集数据与北斗天线发送数据的时间点分离，工作模式设定为每采集一次数据发送一次或多次采集统一发送；

（3）根据工作模式判定是否达到数据发送时间，若达到则给北斗通讯模块加电，读取北斗自检信息并按要求发送数据后系统休眠，否则将采集数据压缩存储后休眠；

（4）在发送数据时，每个传输时次最多发送两组报文数据，根据北斗短报文发送反馈功能确定数据是否发送成功，若当前数据未发送成功，则从未发送成功数据中，挑选采集时间最新的一条补送，如成功，则从未发送成功数据中删除；

（5）浮标经北斗模块发送的数据由陆基天线接收，浮标与接收天线为多对一模式，将不同浮标的数据传输时间错开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明充分利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能以及双向通讯的特点，结合漂流浮标数据存储模块，实现了数据采集与发送的时间点分离、数据补发等功能，以降低浮标功耗、提高数据接收成功率，且本发明经同一陆基天线可错时接收和发送不同的浮标的数据，最大程度提高天线利用率，降低了成本，满足了长时间、大范围、高精度海洋观测的需求。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图。

图2为本发明的工作流程框图。

图3为本发明中单片机的电路连接图。

图4为本发明中芯片U1的电路连接图。

图5为本发明中芯片IC2的电路连接图。

图6为本发明中芯片IC4的电路连接图。

图7为本发明中芯片U2的电路连接图。

图8为本发明中芯片IC1的电路连接图。

图9为本发明中温度传感器的电路连接图。

图10为本发明中端子P2的电路连接图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-10，一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标，包括单片机、北斗模块、定位模块、温度传感器、第一稳压电路模块、第二稳压电路模块、北斗电源控制器、供电模块、预留串口和时钟，所述供电模块的输出端分别连接磁控开关和北斗电源控制器的1脚，磁控开关另一端连接第一稳压电路模块的1脚，第一稳压电路模块的2脚接地，第一稳压电路模块的3脚分别连接单片机的电源端口和定位模块的1脚，定位模块的3脚接地，定位模块的4脚连接时钟，定位模块的2脚连接单片机的SER1端口，温度传感器连接单片机的第一I/O端口，温度传感器另一端接地，单片机的SER3端口连接预留串口，单片机的SER0端口连接北斗模块的2脚，北斗模块的3脚接地，北斗模块的1脚连接第二稳压模块的2脚，第二稳压模块的3脚接地，第二稳压模块的1脚连接北斗电源控制器的2脚，北斗电源控制器的3脚连接单片机的第二I/O端口。

所述单片机为C8051F系列单片机，工作电压范围宽，具备极低的功耗，负责系统时序的控制及指令发送；所述北斗模块上设有北斗天线，北斗模块的型号为FH-BI24，体积小便于集成，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采用RS232的通讯方式进行通讯；所述定位模块包括GPS传感器和GPS天线，定位模块的型号为LEA-5x，功耗较低，灵敏度高，定位精度为2.5米，追中捕获灵敏度为-160Db，并可以为时钟的校准提供精确绝对时间；所述温度传感器的型号为18B20，体积小、经济灵活、抗干扰能力强，测量范围为－5℃～+40℃，精度为±0.5℃；所述供电模块为锂亚硫酰氯电池，锂亚硫酰氯电池容量大，电压稳定，额定电压为14.4V；所述磁控开关控制全回路的电源，各模块由单片机按照时序指令控制加断电。

所述经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标通过北斗系统的短报文通信功能传输数据，浮标将通过温度传感器和定位模块采集到的位置、水温等数据按照预设格式添加报文标示后压缩存储得到报文数据，报文数据以组为单位，最多可达八次的固定间隔定位数据信息，定位失败或者定位次数规定少于八次的为空格，每组数报文据长为614bit，包含报文标示、报文时间、数据内容，浮标最多可暂存三十组的报文数据，报文数据时间为最后一次数据生成时间，数据序列0为最后一次生成的数据，其它数据生成时间为依次向前类推，报文数据格式如表1所示：

表1报文数据格式

所述经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标的使用方法，具体步骤如下：

（1）经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标由时钟控制，若达到数据采集时间，则通过定位模块和温度传感器分别读取相应位置信息与水温信息，读取工作模式并将位置、水温等数据按照预设格式添加报文标示后压缩存储得到报文数据；

（2）所述定位模块、温度传感器采集数据与北斗天线发送数据的时间点分离，工作模式设定为每采集一次数据发送一次或多次采集统一发送，根据短报文长度至多采集八次发送一次，这样大大减少北斗通讯模块加电次数，降低系统功耗；

（3）根据工作模式判定是否达到数据发送时间，若达到则给北斗通讯模块加电，读取北斗自检信息并按要求发送数据后系统休眠，否则将采集数据压缩存储后休眠；

（4）在发送数据时，每个传输时次最多发送两组报文数据，根据北斗短报文发送反馈功能确定数据是否发送成功，传输机制为：每个传输时次，如当前数据发送成功，则从未发送成功数据中，挑选采集时间最新的一条补送，如成功，则从未发送成功数据中删除；如当前时次发送不成功，则将当前数据存入未发送成功数据中，不重发其他数据；如系统缓存占满，自动溢出采集时间最旧的数据；

（5）浮标经北斗模块发送的数据由陆基天线接收，浮标与接收天线为多对一模式，将不同浮标的数据传输时间错开，可最大程度提高接收天线的利用率，使一部天线可带动多个浮标；北斗模块最高通讯时长为60s，若定位和温度等数据采集周期设置为每5分钟一次，设置工作模式为采集八次发送一次，错开数据发送时间，则一部天线至多可接收40套浮标的数据，若延长数据采集周期，可带动更多的浮标。

本发明充分利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能以及双向通讯的特点，结合漂流浮标数据存储模块，实现了数据采集与发送的时间点分离、数据补发等功能，以降低浮标功耗、提高数据接收成功率，且本发明经同一陆基天线可错时接收和发送不同的浮标的数据，最大程度提高天线利用率，降低了成本，满足了长时间、大范围、高精度海洋观测的需求。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标，包括单片机、北斗模块、定位模块、温度传感器、第一稳压电路模块、第二稳压电路模块、北斗电源控制器、供电模块、预留串口和时钟，其特征在于，所述供电模块的输出端分别连接磁控开关和北斗电源控制器的1脚，磁控开关另一端连接第一稳压电路模块的1脚，第一稳压电路模块的2脚接地，第一稳压电路模块的3脚分别连接单片机的电源端口和定位模块的1脚，定位模块的3脚接地，定位模块的2脚连接单片机的SER1端口，温度传感器连接单片机的第一I/O端口，温度传感器另一端接地，单片机的SER3端口连接预留串口，单片机的SER0端口连接北斗模块的2脚，北斗模块的3脚接地，定位模块的4脚连接时钟，北斗模块的1脚连接第二稳压模块的2脚，第二稳压模块的3脚接地，第二稳压模块的1脚连接北斗电源控制器的2脚，北斗电源控制器的3脚连接单片机的第二I/O端口。

2.根据权利要求1所述的经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标，其特征在于，所述定位模块、温度传感器采集数据与北斗天线发送数据的时间点分离。

3.一种如权利要求1-2任一所述的经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）经北斗卫星导航系统通讯的海洋浮标由时钟控制，若达到数据采集时间，则通过定位模块和温度传感器分别读取相应位置信息与水温信息，读取工作模式并将位置、水温等数据按照预设格式添加报文标示后压缩存储得到报文数据；

（2）所述定位模块、温度传感器采集数据与北斗天线发送数据的时间点分离，工作模式设定为每采集一次数据发送一次或多次采集统一发送；

（3）根据工作模式判定是否达到数据发送时间，若达到则给北斗通讯模块加电，读取北斗自检信息并按要求发送数据后系统休眠，否则将采集数据压缩存储后休眠；

（4）在发送数据时，每个传输时次最多发送两组报文数据，根据北斗短报文发送反馈功能确定数据是否发送成功，若当前数据未发送成功，则从未发送成功数据中，挑选采集时间最新的一条补送，如成功，则从未发送成功数据中删除；

（5）浮标经北斗模块发送的数据由陆基天线接收，浮标与接收天线为多对一模式，将不同浮标的数据传输时间错开。