CN107449405A - 一种新型潜标数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型潜标数据采集系统，包括：电池仓、主控处理器、GPS接收机、千兆以太网接口模块和多个数据采集板；GPS接收机与主控处理器连接，主控处理器通过千兆以太网接口模块与上位机连接；数据采集板包括水听传感器、前端驱动电路、AD转换电路、时钟模块、DA转换电路、FPGA、ARM处理器和存储模块，水听传感器通过前端驱动电路与AD转换电路连接，AD转换电路与FPGA连接，FPGA与ARM处理器相接，存储模块与ARM处理器连接，DA转换电路与FPGA和时钟模块连接，时钟模块与FPGA连接，ARM处理器与主控处理器相接。本发明提高了潜标数据采集系统的采集性能，实现了整个系统的同步采集和控制。

Description

一种新型潜标数据采集系统
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，特别涉及一种新型潜标数据采集系统。
背景技术
潜标技术是六十年代由一些海洋发达国家开始使用并发展起来的，潜标系统是海洋环境调查的重要技术装备，具有在恶劣的海洋环境条件下，无人值守的长期、连续、同步、自动地对海洋水文、气象诸要素进行全面综合监测的特点,是海洋观测岸站、调查船和调查飞机在空间上和时间上的延伸扩展，是离岸监测的重要手段。现有的潜标系统通常采用多个水听器串并联的方式提高接收模拟信号的能量，其中，水听器包括水听传感器，水听传感器用于接收地震声信号，并将接收的模拟地震声信号经过前置电路进行放大后通过几米甚至上百米的拖缆传输至上位机，由上位机进行模数转换后做进一步处理。这样，长距离拖缆会对模拟地震声信号造成衰减和干扰，从而导致潜标系统的采集性能降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种新型潜标数据采集系统，其降低了对采集数据的衰减和干扰，提高了潜标数据采集系统的采集性能；且实现了整个潜标数据采集系统的同步采集和控制。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
本发明的一种新型潜标数据采集系统，包括：电池仓、主控处理器、GPS接收机、千兆以太网接口模块和至少一个数据采集板；所述电池仓用于为各用电模块进行供电，所述GPS接收机与所述主控处理器的输入端连接，所述千兆以太网接口模块的输入端与所述主控处理器的输入端连接，所述千兆以太网接口模块的输出端通过总线与上位机连接；所述数据采集板包括水听传感器、前端驱动电路、AD转换电路、时钟模块、DA转换电路、FPGA、ARM处理器和存储模块，所述水听传感器的输出端通过所述前端驱动电路与所述AD转换电路的输入端连接，所述AD转换电路的输出端与所述FPGA的输入端连接，所述FPGA与所述ARM处理器相接，所述存储模块与所述ARM处理器的输出端连接，所述DA转换电路的输入端与所述FPGA的输出端连接，所述DA转换电路的输出端与所述时钟模块的输入端连接，所述时钟模块的输出端与所述FPGA的输入端连接，所述ARM处理器与所述主控处理器相接。
进一步，所述主控处理器包括芯片XC7Z020-2CLG400I。
进一步，所述GPS接收机包括Lassen LP GPS时间接收器。
进一步，所述千兆以太网接口模块包括芯片88E1340S。
进一步，所述FPGA的型号为ALG1000，所述ARM处理器采用STM32F207系列的ARM芯片。
进一步，所述水听传感器的型号为TL-30DS。
进一步，所述AD转换电路包括型号为ADS1263IPW的模数转换器。
进一步，所述时钟模块包括恒温晶体振荡器OCXO，所述DA转换电路包括型号为AD5331的数模转换器。
进一步，所述存储模块包括SDIO接口电路和SD卡，所述ARM处理器通过所述SDIO接口电路与所述SD卡连接。
进一步，所述电池仓包括八组电池组，每组所述电池组均由双节ER34615M电芯组成。
本发明的一种新型潜标数据采集系统具有以下有益效果：
本发明提供了一种新型潜标数据采集系统，包括电池仓、主控处理器、GPS接收机、千兆以太网接口模块和至少一个数据采集板，采用电池仓为各用电模块进行供电，每个数据采集板均与主控处理器连接，每个数据采集板的水听传感器用于实时检测声波信号，并将检测到的模拟声波信号通过前端驱动电路进行放大后输入至AD转换电路，由AD转换电路转换为数字声波信号后输入至FPGA，再由FPGA传输至ARM处理器，由ARM处理器存储至存储模块中，完成了每个数据采集板的采集过程；且每个数据采集板的ARM处理器还可将接收到的数字声波信号发送至主控处理器，由主控处理器通过千兆以太网接口模块传输至上位机，使得上位机根据接收到的数字声波信号对各数据采集板进行监控，确保各数据采集板正常工作。由此可知，本发明是将采集到的模拟声波信号转换为数字声波信号后就近保存至SD卡，避免采集数据丢失；还将数字采集数据通过千兆以太网接口模块传输至上位机，降低了对采集数据的衰减和干扰，提高了潜标数据采集系统的采集性能；另外，GPS接收机用于提供高精度的授时信息，并将授时信息发送至主控处理器，由主控处理器最终发送至每个数据采集板的FPGA，每个数据采集板的FPGA根据时钟模块和接收到的授时信息设置DA转换电路的输出电压，从而调整时钟模块的振荡频率，达到对时钟校准的目的，实现了每个数据采集板的同步触发输入和同步触发输出，即实现了整个潜标数据采集系统的同步采集和控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的一种新型潜标数据采集系统的电路原理框图；
图2为本发明的一种前端驱动电路的电路图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本实施例的一种新型潜标数据采集系统包括：电池仓1、主控处理器2、GPS接收机3、千兆以太网接口模块4和至少一个数据采集板；所述电池仓1用于为各用电模块进行供电，所述GPS接收机3与所述主控处理器2的输入端连接，所述千兆以太网接口模块4的输入端与所述主控处理器2的输入端连接，所述千兆以太网接口模块4的输出端通过总线与上位机6连接。
所述数据采集板包括水听传感器51、前端驱动电路52、AD转换电路53、时钟模块54、DA转换电路55、FPGA 56、ARM处理器57和存储模块58，所述水听传感器51的输出端通过所述前端驱动电路52与所述AD转换电路53的输入端连接，所述AD转换电路53的输出端与所述FPGA 56的输入端连接，所述FPGA 56与所述ARM处理器57相接，所述存储模块58与所述ARM处理器57的输出端连接，所述DA转换电路55的输入端与所述FPGA 56的输出端连接，所述DA转换电路55的输出端与所述时钟模块54的输入端连接，所述时钟模块54的输出端与所述FPGA 56的输入端连接，所述ARM处理器57与所述主控处理器2相接。
需要说明的是，优选的，数据采集板的数量为四个，如图1所示，分别为第一数据采集板5-1、第二数据采集板5-2、第三数据采集板5-3和第四数据采集板5-4，且每个数据采集板的ARM处理器57均与主控处理器2相接，图1中仅对第一数据采集板5-1内部的各模块进行了附图标记。
本实施例中，所述主控处理器2包括芯片XC7Z020-2CLG400I。
本实施例中，所述GPS接收机3包括Lassen LP GPS时间接收器。
本实施例中，所述千兆以太网接口模块4包括芯片88E1340S。
本实施例中，所述FPGA 56的型号为ALG1000，所述ARM处理器57采用STM32F207系列的ARM芯片。
本实施例中，所述水听传感器51的型号为TL-30DS。
需要说明的是，本发明对前端驱动电路的具体电路不做限制，可以为现有技术中对应的驱动电路，例如，如图2所示，前端驱动电路52包括型号为ADG884BRMZ模拟开关U2、型号为ADA4805-2ARMZ的运算放大器U1和型号为THS4531IDGK的差分放大器U3，所述U2的第5引脚和第7引脚与所述TL-30DS的数据信号输出端连接，所述U2的第3引脚通过串联的电阻R20和电阻R21与所述U1的第5引脚连接，所述U2的第9引脚通过串联的电阻R6和电阻R7与所述U1的第3引脚连接，所述U1的第2引脚通过电阻R3接地，所述U1的第6引脚通过电阻R22接地，所述U1的第1引脚通过串联的电阻R4、电阻R5和电阻R8与所述U3的第8引脚连接，所述U1的第7引脚通过串联的电阻R18、电阻R19和电阻R15与所述U3的第1引脚连接，所述U3的第4引脚通过电阻R16与所述AD转换电路连接，所述U3的第5引脚通过电阻R11与所述AD转换电路连接。
其中，网络标号ADC_SIGAL_P和网络标号ADC_SIGAL_N表示与AD转换电路连接的两个端口；网络标号GIG_IN_P和网络标号GIG_IN_N表示与水听传感器TL-30DS连接的两个端口。
本实施例中，所述AD转换电路53包括型号为ADS1263IPW的模数转换器。
本实施例中，所述时钟模块54包括恒温晶体振荡器OCXO，所述DA转换电路55包括型号为AD5331的数模转换器。
本实施例中，所述存储模块58包括SDIO接口电路和SD卡，所述ARM处理器57通过所述SDIO接口电路与所述SD卡连接。
具体的，SDIO接口电路与ARM处理器57及SD卡的具体电路连接均为现有技术，在此不再赘述。
本实施例中，所述电池仓1包括八组电池组，每组所述电池组均由双节ER34615M电芯组成。
需要说明的是，电池仓1还包括电池充放电管理模块、微控制器和显示器，电池充放电管理模块的输入端与电池组连接，电池充放电管理模块的输出端与微控制器的输入端连接，显示器与微控制器的输出端连接；电池充放电管理模块用于实时检测电池组的电压和电流，并将检测到的电池组的电压和电流发送至微控制器，微控制器再将接收到的电池组的电压和电流通过显示器进行显示。
本发明提供了一种新型潜标数据采集系统，包括电池仓1、主控处理器2、GPS接收机3、千兆以太网接口模块4和至少一个数据采集板，采用电池仓1为各用电模块进行供电，每个数据采集板均与主控处理器2连接，每个数据采集板的水听传感器51用于实时检测声波信号，并将检测到的模拟声波信号通过前端驱动电路52进行放大后输入至AD转换电路53，由AD转换电路53转换为数字声波信号后输入至FPGA 56，再由FPGA 56传输至ARM处理器57，由ARM处理器57存储至存储模块58中，完成了每个数据采集板的采集过程；且每个数据采集板的ARM处理器57还可将接收到的数字声波信号发送至主控处理器2，由主控处理器2通过千兆以太网接口模块4传输至上位机6，使得上位机6根据接收到的数字声波信号对各数据采集板进行监控，确保各数据采集板正常工作。由此可知，本发明是将采集到的模拟声波信号转换为数字声波信号后就近保存至SD卡，避免采集数据丢失；还将数字采集数据通过千兆以太网接口模块4传输至上位机6，降低了对采集数据的衰减和干扰，提高了潜标数据采集系统的采集性能；另外，GPS接收机3用于提供高精度的授时信息，并将授时信息发送至主控处理器2，由主控处理器2最终发送至每个数据采集板的FPGA 56，每个数据采集板的FPGA 56根据时钟模块54和接收到的授时信息设置DA转换电路55的输出电压，从而调整时钟模块的振荡频率，达到对时钟校准的目的，实现了每个数据采集板的同步触发输入和同步触发输出，即实现了整个潜标数据采集系统的同步采集和控制。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：包括：电池仓、主控处理器、GPS接收机、千兆以太网接口模块和至少一个数据采集板；所述电池仓用于为各用电模块进行供电，所述GPS接收机与所述主控处理器的输入端连接，所述千兆以太网接口模块的输入端与所述主控处理器的输入端连接，所述千兆以太网接口模块的输出端通过总线与上位机连接；
所述数据采集板包括水听传感器、前端驱动电路、AD转换电路、时钟模块、DA转换电路、FPGA、ARM处理器和存储模块，所述水听传感器的输出端通过所述前端驱动电路与所述AD转换电路的输入端连接，所述AD转换电路的输出端与所述FPGA的输入端连接，所述FPGA与所述ARM处理器相接，所述存储模块与所述ARM处理器的输出端连接，所述DA转换电路的输入端与所述FPGA的输出端连接，所述DA转换电路的输出端与所述时钟模块的输入端连接，所述时钟模块的输出端与所述FPGA的输入端连接，所述ARM处理器与所述主控处理器相接。
2.根据权利要求1所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述主控处理器包括芯片XC7Z020-2CLG400I。
3.根据权利要求2所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述GPS接收机包括Lassen LP GPS时间接收器。
4.根据权利要求3所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述千兆以太网接口模块包括芯片88E1340S。
5.根据权利要求4所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述FPGA的型号为ALG1000，所述ARM处理器采用STM32F207系列的ARM芯片。
6.根据权利要求5所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述水听传感器的型号为TL-30DS。
7.根据权利要求6所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述AD转换电路包括型号为ADS1263IPW的模数转换器。
8.根据权利要求7所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述时钟模块包括恒温晶体振荡器OCXO，所述DA转换电路包括型号为AD5331的数模转换器。
9.根据权利要求8所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述存储模块包括SDIO接口电路和SD卡，所述ARM处理器通过所述SDIO接口电路与所述SD卡连接。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种新型潜标数据采集系统，其特征在于：所述电池仓包括八组电池组，每组所述电池组均由双节ER34615M电芯组成。
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