CN106154932A - 一种海洋监测设备数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋监测设备数据采集系统，包括：嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器具有多个串行接口；采集通信接口，所述采集通信接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；数据输出接口，所述数据输出接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器从所述海洋监测设备获得的数据输出；电源模块，所述电源模块用于为所述嵌入式微处理器供电或为与所述嵌入式微处理器连接的所述海洋监测设备供电。所述海洋监测设备数据采集系统，通过设置多个串行接口，采用采集通信接口进行接口转换，采用嵌入式微处理器进行数据处理，无需卸载，直接读取数据。

Description

一种海洋监测设备数据采集系统

技术领域

本发明涉及海洋监测设备技术领域，特别是涉及一种海洋监测设备数据采集系统。

背景技术

目前海洋监测设备数据接口往往是：RS232接口，RS485接口等，由于需要满足现场通讯抗干扰的要求，通讯速度比较低，而海洋设备数据的采集周期长，往往是3个月到1年，所以势必造成监测设备内部数据量非常庞大(单个采集设备数据量大概有10M～100M)，如何快速的从海洋监测设备把采集数据取出来，成为一直以来的瓶颈。

现有的做法是：海洋研究采样时间到了之后，科考船到指定海洋科考地点，把海洋监测设备从采样地点捞到科考船上，以备后续读取数据，重新设置等操作。再换上准备好的相同的海洋监测设备，投放到该地点进行数据采集。

现有技术的海洋监测设备读取是通过电脑配备RS232接口和专用数据线读取数据，正常情况读取数据无需人工干扰，但是由于数据量大，通讯接口慢(最快通讯波特率为115200)，过程中容易出现通讯异常，电脑自动化程度落后，需要人工干预，而通讯时间比较长，数据量大的设备通讯时间超过8小时，当出现异常后，所有数据重新来过，所以海洋监测设备读取数据成为科研人员科研的障碍。

综上可知，现有的海洋监测设备读取数据的缺点如下：

1、通讯速度慢。目前采用比较多的是RS232接口，通讯最高波特率为115200，理论上最高传输速度11kbyte/s，实际运作过程中最快2kbyte/s，而且当以最高速度通讯时，通讯中间出错的概率比较高。而当降低通讯波特率时，通讯出错概率会降低，但是，通讯速度会更慢。

2、自动化程度低。目前的状态是，当通讯出错时，电脑不能根据当前搭配自动调整波特率，以更合适的波特率进行通讯，没有对所有海洋监测设备进行统计管理，存档，方便下次通讯。所有出错需要人工干预，没有人工干预，就停止工作。

3、受电脑RS232限制，目前笔记本电脑没有RS232通讯接口，必须通过USB转RS232转接线，通讯过程中受USB转RS232限制，理论上，可以通过多个USB转RS232接口进行通讯，但是实际上操作比较繁琐，连线较多，所以很少有这样的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋监测设备数据采集系统，无须卸载，直接读取数据。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种海洋监测设备数据采集系统，包括：

嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器具有多个串行接口；

采集通信接口，所述采集通信接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；

数据输出接口，所述数据输出接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器从所述海洋监测设备获得的数据输出；

电源模块，所述电源模块用于为所述嵌入式微处理器供电或为与所述嵌入式微处理器连接的所述海洋监测设备供电。

其中，还包括与所述嵌入式微处理器连接的状态监测模块，用于检测所述电源模块、所述采集通信接口和所述嵌入式微处理器的运行状态。

其中，还包括与所述嵌入式微处理器连接的存储模块，所述存储模块用于存储所述状态监测模块检测到的所述电源模块、所述采集通信接口和所述嵌入式微处理器的运行状态参数。

其中，所述数据输出接口包括SD接口、USB接口、网络接口、WIFI接口或蓝牙接口。

其中，所述嵌入式微处理器还包括SDIO接口、SPI接口和AD转换接口。

其中，还包括与所述嵌入式微处理器连接的时钟芯片，用于为所述嵌入式微处理器提供精准的电子时钟。

其中，还包括与所述嵌入式微处理器连接的状态指示模块，用于根据所述状态监测模块的检测结果，向外发送所述电源模块、所述采集通信接口或所述嵌入式微处理器的运行状态信息。

其中，还包括与所述嵌入式微处理器连接的报警模块，用于在所述状态监测模块检测到所述电源模块、所述采集通信接口或所述嵌入式微处理器的运行状台异常时，进行声光报警。

其中，所述电源模块包括220V外接接口和/或蓄电池。

本发明实施例所提供的海洋监测设备数据采集系统，与现有技术相比，具有以下优点：

本发明实施例提供的海洋监测设备数据采集系统，包括：

嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器具有多个串行接口；

采集通信接口，所述采集通信接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；

数据输出接口，所述数据输出接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器从所述海洋监测设备获得的数据输出；

电源模块，所述电源模块用于为所述嵌入式微处理器供电或为与所述嵌入式微处理器连接的所述海洋监测设备供电。

所述海洋监测设备数据采集系统，通过设置多个串行接口，采用采集通信接口进行接口转换，并采用嵌入式微处理器进行数据处理。在海洋科考船达到指定科考地点，打捞起不同深度的海洋监测设备后，无需卸载，直接在甲板上用海洋监测设备数据采集系统读取数据，设置参数，读取完成后，直接把此批海洋监测设备投放到科考地点的海中。

海洋监测设备数据采集系统能够通过嵌入式微处理器自动匹配，自动读取，自动设置海洋监测设备，一方面可以一对多，另一方面自动化程度高，一个人可以管理多个。由于具备多个串行接口，可以同时对多个海洋监测设备读取数据和设置参数，读取设置时间比卸装海洋科考设备的时间还短，而且完成了本在航行过程中的所有操作，所以无需卸装步骤，可直接投放监测，节省了时间，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的海洋监测设备数据采集系统的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有的海洋监测设备读取数据时通讯速度慢、自动化程度低必须通过USB转RS232转接线，效率低，耗时长。

基于此，本发明实施例所提供了一种海洋监测设备数据采集系统，包括：

嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器具有多个串行接口；

采集通信接口，所述采集通信接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；

数据输出接口，所述数据输出接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器从所述海洋监测设备获得的数据输出；

电源模块，所述电源模块用于为所述嵌入式微处理器供电或为与所述嵌入式微处理器连接的所述海洋监测设备供电。

综上所述，本发明实施例提供的海洋监测设备数据采集系统，通过设置多个串行接口，采用采集通信接口进行接口转换，并采用嵌入式微处理器进行数据处理。在海洋科考船达到指定科考地点，打捞起不同深度的海洋监测设备后，无需卸载，直接在甲板上用海洋监测设备数据采集系统读取数据，设置参数，读取完成后，直接把此批海洋监测设备投放到科考地点的海中。海洋监测设备数据采集系统能够通过嵌入式微处理器自动匹配，自动读取，自动设置海洋监测设备，一方面可以一对多，另一方面自动化程度高，一个人可以管理多个。由于具备多个串行接口，可以同时对多个海洋监测设备读取数据和设置参数，读取设置时间比卸装海洋科考设备的时间还短，而且完成了本在航行过程中的所有操作，所以无需卸装步骤，可直接投放监测，节省了时间，提高了工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的海洋监测设备数据采集系统的一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，所述海洋监测设备数据采集系统，包括：

嵌入式微处理器10，所述嵌入式微处理器10具有多个串行接口；

采集通信接口20，所述采集通信接口20与所述嵌入式微处理器10连接，用于将所述嵌入式微处理器10的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；

数据输出接口30，所述数据输出接口30与所述嵌入式微处理器10连接，用于将所述嵌入式微处理器10从所述海洋监测设备获得的数据输出；

电源模块40，所述电源模块40用于为所述嵌入式微处理器10供电或为与所述嵌入式微处理器10连接的所述海洋监测设备供电。

通过设置多个串行接口，采用采集通信接口20进行接口转换，并采用嵌入式微处理器10进行数据处理。在海洋科考船达到指定科考地点，打捞起不同深度的海洋监测设备后，无需卸载，直接在甲板上用海洋监测设备数据采集系统读取数据，设置参数，读取完成后，直接把此批海洋监测设备投放到科考地点的海中。海洋监测设备数据采集系统能够通过嵌入式微处理器10自动匹配，自动读取，自动设置海洋监测设备，一方面可以一对多，另一方面自动化程度高，一个人可以管理多个。由于具备多个串行接口，可以同时对多个海洋监测设备读取数据和设置参数，读取设置时间比卸装海洋科考设备的时间还短，而且完成了本在航行过程中的所有操作，所以无需卸装步骤，可直接投放监测，节省了时间，提高了工作效率。

本发明采用的嵌入式微处理器10，实现以下功能：

提高通讯速度。通讯是数据交互的过程，涉及主动和被动两方面的所耗时间，由于受海洋监测设备技术限制，本发明不能降低海洋监测设备通讯响应时间，但是可以通过微处理器自动应答的方式代替人工操作，提高主动应答响应时间，从而整体提高通讯速度；

自动化程度高。当通讯出错时，电脑可以根据当前通讯的海洋监测设备自动调整波特率，并保存当前通讯参数，也可以根据历史数据库中保存的参数作为当前的通讯参数，减少出错概率；

受电脑RS232限制，本发明中通过微控制器内置的多个串行通讯接口，通过电平转化，达到RS232接口标准。在本发明中可以通过多个RS232接口，与海洋监测设备通讯，并把数据保存到内置存储单元，可以通过多种快速接口保存到外接存储介质，比如SD卡，U盘，也可以通过蓝牙，WIFI，以太网接口等通讯接口把通讯返回的数据传输给主机，以便后续研究分析。

本发明采用嵌入式微处理器10，具备以下4个特点：

1)对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度；

2)具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；

3)可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器10；

4)嵌入式微处理器10必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

由于在通讯过程中，可能会出错，为避免或减少出错带来的损害，并进一步快速定位，找到出错的原因和设备，所述海洋监测设备数据采集系统还包括与所述嵌入式微处理器10连接的状态监测模块50，用于检测所述电源模块40、所述采集通信接口20和所述嵌入式微处理器10的运行状态。

通过对系统的主要部件的持续监测，保证整个数据的读取以及参数的设置过程中出错几率减少。

由于海洋监测设备的通信过程中，数据传输较慢，如果在嵌入式微处理器10接收海洋监测设备的数据的同时，嵌入式微处理器10只是一个临时作为数据传输的中转站，由于与两方数据传输的差别非常大，快的一方会被慢的一方所拖累，占用大量资源，效率非常低。因此所述海洋监测设备数据采集系统还包括与所述嵌入式微处理器10连接的存储模块60，所述存储模块60用于存储所述状态监测模块50检测到的所述电源模块40、所述采集通信接口20和所述嵌入式微处理器10的运行状态参数。通过在内部设置存储模块60，既存储电源模块40、采集通信接口20和嵌入式微处理器10的运行状态参数，也存储从海洋检测设备获得的数据，提高设备的利用效率，提高了设备整体的工作效率。

在完成与海洋监测设备的数据传输之后，还需要通过数据输出接口30将数据传输到外部，所述数据输出接口30包括SD接口、USB接口、网络接口、WIFI接口或蓝牙接口。

由于在海洋监测设备数据采集系统与外界的通信过程中，遇到特殊的存储介质或存储器件，所述嵌入式微处理器10还包括SDIO接口、SPI接口和AD转换接口。

为保证整个系统的时钟频率同步，所述海洋监测设备数据采集系统还包括与所述嵌入式微处理器10连接的时钟芯片70，用于为所述嵌入式微处理器10提供精准的电子时钟。

由于状态监测模块50在运行过程中可能会检测到有期间不良运行，这是就需要进行准确定位，为此所述海洋监测设备数据采集系统还包括与所述嵌入式微处理器10连接的状态指示模块，用于根据所述状态监测模块50的检测结果，向外发送所述电源模块40、所述采集通信接口20或所述嵌入式微处理器10的运行状态信息。

通过状态指示模块可以快速获得出现错误的部件信息以及出错时间，就行快速修理，提高工作效率。

状态指示模块需要操作人员始终盯着，非常辛苦，为避免这一情况，所述海洋监测设备数据采集系统还包括与所述嵌入式微处理器10连接的报警模块，用于在所述状态监测模块50检测到所述电源模块40、所述采集通信接口20或所述嵌入式微处理器10的运行状台异常时，进行声光报警。

电源模块40除了为整个系统供电之外，还可以为采集通信接口20对应的海洋监测设备进行供电，可以外接220V输入，也可以采用蓄电池供电，即所述电源模块40包括220V外接接口和/或蓄电池。

本发明采用嵌入式微处理器10，把海洋监测设备的现场数据接口低速和数据量大的特点和计算机高速接口和携带不方便的特点作了很好的过度。用自动、多个多通道并行的方式解决低速数据量大的问题，把读到的数据通过高速接口与计算机对接，有效缓解了原来系统存在的问题；

自动读取海洋监测设备数据，当通讯出现异常时，根据预先设定的程序自动调整读取速度，读取方案等信息，在尽可能短的时间内完成数据读取和参数设置，免去了诸多人机对话操作；

当海洋监测设备连接到本发明对应接口时，本发明通过两种状态监测是否已经连接可靠；由于海洋监测设备是由本系统提供电源，所有监测供电电流判断是否已经连接；当连接上后，发通讯命令，有正常应答，表示连接可靠；另外当输出电流过大时，可以终止对本接口设备供电。

本发明解决了多串口通讯问题，采用大规模集成电路嵌入式系统，内置的多串口通讯，一个系统可以同时接多个海洋监测设备，并同时工作，可以成倍的提高了总体读取时间，并且不在受现场计算机的限制。

此外，还具有自动记录异常信息的功能，为后续管理海洋监测设备提供了数据基础。

本发明中的海洋监测设备数据采集系统的工作流程如下：

1、初始化，工作参数装载，工作状态自检。

2、检测数据存储设备或者数据上传通道是否已经畅通？如果准备就绪，则往下执行；如果未就绪，跳转到程序自检。

3、检测是否有新通讯接口接上？如果有，则根据此接口往下执行，如果没有，跳过通讯，转到程序自检。

4、根据存储参数内容，建立读取对应接口任务，读取链接上来的海洋监测设备的状态、数据，并把数据保存到对应存储设备或者通道。

5、程序自检，防止程序受干扰出现异常，及时纠错，或者中止运行。

6、根据自检和运行状态，给出状态指示。

7、监测电压是否有掉电，正常则继续循环。有掉电状态，进入结束流程。

8、结束流程，保存数据，等待掉电。

通过本系统，能够方便快捷的获取海洋监测设备的数据、状态等信息，具体体现在以下几点：

通过本系统能够及时自动、智能处理海洋监测设备与本系统通讯时出现的异常，并对数据做校验，保证采样数据的正确性；免去计算机操作，在读取海洋监测设备时，无需现场携带计算机并人机操作；节省数据通讯时间，通过本系统可以同时对多个海洋监测设备同时通讯，提高工作效率；通过本系统可以避免人为因素，造成设备工作不正常，数据无效的情况的发生。

通过本系统能自动记录异常设备，异常数据，并提供声光报警。

海洋监测设备设备在被采集数据时，本系统可以提供电源，降低海洋监测设备内部电池的耗电量，节能环保

综上所述，本发明实施例提供的海洋监测设备数据采集系统，通过设置多个串行接口，采用采集通信接口进行接口转换，并采用嵌入式微处理器进行数据处理。在海洋科考船达到指定科考地点，打捞起不同深度的海洋监测设备后，无需卸载，直接在甲板上用海洋监测设备数据采集系统读取数据，设置参数，读取完成后，直接把此批海洋监测设备投放到科考地点的海中。海洋监测设备数据采集系统能够通过嵌入式微处理器自动匹配，自动读取，自动设置海洋监测设备，一方面可以一对多，另一方面自动化程度高，一个人可以管理多个。由于具备多个串行接口，可以同时对多个海洋监测设备读取数据和设置参数，读取设置时间比卸装海洋科考设备的时间还短，而且完成了本在航行过程中的所有操作，所以无需卸装步骤，可直接投放监测，节省了时间，提高了工作效率。

以上对本发明所提供的海洋监测设备数据采集系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，包括：

嵌入式微处理器，所述嵌入式微处理器具有多个串行接口；

采集通信接口，所述采集通信接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器的串行接口与海洋监测设备的通信接口进行转换并进行数据交换；

数据输出接口，所述数据输出接口与所述嵌入式微处理器连接，用于将所述嵌入式微处理器从所述海洋监测设备获得的数据输出；

电源模块，所述电源模块用于为所述嵌入式微处理器供电或为与所述嵌入式微处理器连接的所述海洋监测设备供电。

2.如权利要求1所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，还包括与所述嵌入式微处理器连接的状态监测模块，用于检测所述电源模块、所述采集通信接口和所述嵌入式微处理器的运行状态。

3.如权利要求2所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，还包括与所述嵌入式微处理器连接的存储模块，所述存储模块用于存储所述状态监测模块检测到的所述电源模块、所述采集通信接口和所述嵌入式微处理器的运行状态参数。

4.如权利要求3所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，所述数据输出接口包括SD接口、USB接口、网络接口、WIFI接口或蓝牙接口。

5.如权利要求4所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，所述嵌入式微处理器还包括SDIO接口、SPI接口和AD转换接口。

6.如权利要求5所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，还包括与所述嵌入式微处理器连接的时钟芯片，用于为所述嵌入式微处理器提供精准的电子时钟。

7.如权利要求6所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，还包括与所述嵌入式微处理器连接的状态指示模块，用于根据所述状态监测模块的检测结果，向外发送所述电源模块、所述采集通信接口或所述嵌入式微处理器的运行状态信息。

8.如权利要求7所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，还包括与所述嵌入式微处理器连接的报警模块，用于在所述状态监测模块检测到所述电源模块、所述采集通信接口或所述嵌入式微处理器的运行状台异常时，进行声光报警。

9.如权利要求8所述的海洋监测设备数据采集系统，其特征在于，所述电源模块包括220V外接接口和/或蓄电池。