CN108414720A - 基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋水质监测技术领域；具体涉及一种基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，包括浮标传感网络节点群、节点信息综合处理模块和远程自动测控模块，所述浮标传感网络节点群包括多个浮标传感节点，所述浮标传感节点包括浮标体，所述浮标体上集成数据在线监测模块、数据无线收发模块、数据预处理模块、电量综合管理模块和卫星定位模块，数据在线监测模块用于获取水质数据，水质数据通过数据无线收发模块发送至节点信息综合处理模块；节点信息综合处理模块通过无线远传单元与远程自动测控模块进行实时通信。本发明可实现对特定海域水质参数的快速、准确、实时监测。

Description

基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统

技术领域

本发明涉及海洋水质监测技术领域；具体涉及一种基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统。

背景技术

海洋监测用水质浮标集成了传感器技术、数据采集处理技术、通信技术以及卫星定位技术等高新技术，但目前采用浮标式的海洋水质监测技术还存在以下不足：

一、海洋水质参数大容量、高精度实时数据传输技术存在瓶颈

现有技术中，海洋水质监测多采用单浮标对周边特定范围内水域进行相关水质参数(温度、盐度、溶解氧、总氮、总磷，pH值、悬浮物、硫化物、氯化物、氨、硫酸盐、重金属、溢油、核辐射等)的采集、处理和远传操作；鉴于海洋水文参数的多变性，此法不能保证该区域特定时期内水质参数采样的稳定性，这就需要单浮标多次重复采样该区域水质参数，以此抑制海洋水文参数波动带来的数据采集误差，这势必造成大量数据冗余，系统响应滞后(大于1分钟、甚至系统处于“假死”状态)，使得陆面远程测控中心无法及时做出有效判断，错失治理良机。

二、海洋水质监测用浮标供电系统单一，供电稳定性、续航能力差

现有技术中，大量海洋监测浮标使用蓄电池进行供电，蓄电池的故障、老化或电量的耗尽都会使浮标工作出现异常、续航能力变弱、供电稳定性差，需要人工定期或不定期的更换或维护蓄电池组，使用成本居高不下。随着太阳能供电技术的日渐成熟，绝大多数浮标节点都采用太阳能加蓄电池的混合能源补给方式。但随着长期连续观测要求的提高、搭载传感器的增多及监测功能的扩展，现有的能量管理模式远远不能满足实际需求，甚至会限制浮标应用的扩展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，可实现对特定海域水质参数的快速、准确、实时监测。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，包括浮标传感网络节点群、节点信息综合处理模块和远程自动测控模块，其中：

所述浮标传感网络节点群包括多个浮标传感节点，所述浮标传感节点包括浮标体，所述浮标体上集成数据在线监测模块、数据无线收发模块、数据预处理模块、电量综合管理模块和卫星定位模块，电量综合管理模块用于浮标传感节点的统一供电，数据在线监测模块用于获取水质数据，水质数据通过数据无线收发模块发送至节点信息综合处理模块；

所述节点信息综合处理模块包括数据存储单元、无线远传单元和中央处理单元，无线远传单元接收数据无线收发模块发送的数据并储存至数据存储单元，中央处理单元实时调取数据存储单元内信息并通过无线远传单元与远程自动测控模块进行实时通信；

远程自动测控模块包括无线收发单元、存储记录单元和后台处理单元，所述无线收发单元接收无线远传单元发送的数据并通过存储记录单元进行存储，后台处理单元对接收的数据进行处理。

本发明在指定海域内随机投放多个浮标传感节点，通过数据在线监测模块获取海域内水质数据，数据采集区域广，数量大，可有效抑制海洋水文参数多变性的影响，不再依靠单个浮标传感节点进行多次重复数据采集和上传，各浮标传感节点通过数据无线收发模块上传数据至节点信息综合处理模块中的无线远传单元，可实现对特定海域水质参数的快速、准确、实时监测，远程测控中心的后台处理单元可针对无线收发单元存储在存储记录单元的数据进行有效的在线交互，技术做出判断和调整预案，克服了现有技术中大量数据冗余造成的系统响应滞后和远程测控中心无法及时做出有效判断的不足。数据预处理模块包括混合信号处理器和模数转换器，模数转换器将数据在线监测模块的模拟信号转换为数字信号，混合处理器用于实现数据无线收发模块数字信号和数据在线监测模块模拟信号之间的信号传输，混合信号处理器可选用至少16位以上的低功耗单片机，例如msp430f149，卫星定位模块采用BDS定位和GPS定位两种定位模式，用于实现对浮标传感节点群监测海域的准确定位；无线远传单元包括至少两个ZigBee通信模块和一个无线通信模块，无线通信模块可选用海事卫星通信模块或移动通信模块中的一种，海事卫星通信模块可选用BDS或GPS中的一种，移动通信模块可选用GPRS通信模块、3G通信模块、4G通信模块中的一种，无线远传单元用于实现节点信息综合处理模块与远程自动测控模块的数据交互。

其中，优选方案为：

所述后台处理单元包括人机交互单元、web服务器群和移动通信网关；存储记录单元采用数据库群，数据库群用于存储和记录无线收发单元接收的历史监测数据和在线交互数据；人机交互单元包括至少一个上位机和界面交互单元，人机交互单元通过无线收发单元实现对下位多个浮标传感节点的远程控制，并根据下位多个浮标传感节点的上传数据，通过界面交互单元进行实时分析和处理；界面交互单元可选用触摸屏、按键屏中的一种，技术已比较成熟，此处不详述；web服务器群用于实现对相关部门进行水质信息的实时推送，并提供在线浏览、下载等服务；移动通信网关采用GPRS网关、3G网关、4G网关中的一种，用于实现GPRS数据与因特网数据的实时在线交互。

所述浮标体外周设置橡胶护圈，浮标体一侧固定数据在线监测模块，浮标体顶面设置电量综合管理模块，浮标体底面通过卸扣和缆绳连接固定锚，橡胶护圈可防止浮标体被海洋生物损伤，固定锚可将浮标体固定在需要监测的目标区域内，防止被海浪冲走，为便于发现，可在浮标体顶面设置锚灯。

所述数据在线监测模块采用水质参数监测传感器，水质参数监测传感器根据监测数据的不同选取不同的类型，例如，选用美国YSI公司YSI6600V2多参数水质监测仪，同时监测溶解氧、叶绿素、浊度、pH、氧化还原电位、电导、盐度、水温，所有传感器自动清洁，可存储150,000测量数据；或采用Aqua TROLL 400多合一水质传感，可实时监测pH、氧化还原电位ORP值、荧光法溶解氧、电导、盐度、温度、水位、压力等多个参数，传感器自带RS485输出、SDI-12输出，可外接Con TROLL Pro主机或其他二次仪表，也可与电脑相连，通过软件直接读取数据。

所述电量综合管理模块包括主供电单元、辅助供电单元、光伏供电单元、照度传送器、电池状态监测单元和供电模式切换单元，光伏供电单元为浮标传感节点供电，同时为主供电单元和辅助供电单元充电，电池状态监测单元实时监测主供电单元和辅助供电单元的充放电状态，供电模式切换单元用于实现光伏供电单元、主供电单元和辅助供电单元三种供电模式的切换功能；浮标传感网络节点采用光伏供电和双蓄电池组供电的模式，即主供电单元采用循环使用寿命长、比能量高的锂离子电池组，辅助供电单元采用环境适应性强的铅酸蓄电池组供电，由光伏供电单元为其充电、储能，克服了现有技术中海洋水质监测用浮标供电系统单一的问题且极大提提升浮标传感网络节点的供电稳定性和监测续航能力，克服了现有技术中浮标传感网络节点续航能力差的不足。为保证电量综合管理模块的正常使用，仅将光伏供电单元和照度传送器固定在浮标体顶面，主供电单元、辅助供电单元、电池状态监测单元和供电模式切换单元固定在浮标体内部。

所述光伏供电单元包括汇流盒、充放电控制器和多个太阳能电池板，多个太阳能电池板经汇流盒与充放电控制器电气连接；电池状态监测单元用于实时监测主供电单元和辅助供电单元的工作状态参数，并将监测结果信号发送至供电模式切换单元，工作状态参数包括温度、电压、电流、荷电状态、健康状态、内阻、循环次数和放电深度，电池状态监测单元采用市面现售产品即可，主供电单元为锂离子蓄电池组，辅助供电单元为铅酸蓄电池组；供电模式切换单元包括主控单元和多路可控电子开关，主控单元接收电池状态监测单元的反馈信号，并根据主控单元内嵌的浮标传感网络节点电量管理策略，控制多路可控电子开关，实现光伏供电单元、主供电单元和辅助供电单元之间的最优供电切换，主控单元对可控电子开关的开关控制所依赖的计算机程序及电子电路属本领域技术人员公知技术，此处不赘述。

所述光伏供电单元、主供电单元和辅助供电单元三种供电模式的切换策略，即浮标传感网络节点电量管理策略为：

S11，若光照强度符合预设要求，定义为Y，则由光伏供电单元通过充放电控制器对系统各模块进行供电，同时通过充放电控制器对主供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对主供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元停止对主控单元充电，系统由光伏供电单元独立供电；

S12，若光照强度不符合预设要求，定义为N，则由主供电单元对系统各模块独立供电；

S13，若光照强度符合“N-Y-N”循环条件，且N、Y、N交替出现的时间间隔小于2分钟，则由主供电单元对系统各模块独立供电，直至“N-Y-N”循环结束后第一次出现符合Y条件时执行S11；若主供电单元电量不足10％时，Y条件仍未出现，则由辅助供电单元对系统各模块独立供电；

S14，在辅助供电单元供电时，若第一次出现符合Y条件时，则由光伏供电单元通过充放电控制器对辅助供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对辅助供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元停止对辅助供电单元充电，执行S11；

S15若辅助供电单元电量不足30％时，Y条件仍未出现，则主控单元通过多跳通信方式发送预警信号至节点信息综合处理模块，节点信息综合处理模块通过数据无线收发模块将预警信息上传至远程自动测控模块进行后续处理，预警信息通过图像、图表等界面形式实时显示，实时数据存储等。

节点信息综合处理模块的硬件载体为多个浮标传感网络节点中的任意一个，节点信息综合处理模块设置在浮标体内部，多个浮标传感网络节点通过数据无线收发模块快速自组网络，设于浮标体内部的节点信息综合处理模块可避免海水侵蚀，使用寿命长。

多个浮标传感网络节点快速自组网络的流程为：

S21，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S22，若系统硬件自检通过，则执行S23，否则，发送预警信号后关机；

S23，数据预处理模块判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块的监测信号，若有则执行S24，否则系统进入休眠等待状态，休眠等待时间达到预设时间，继续判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块的监测信号，若有则执行S24；

S24，发送上传指令信号传送至各浮标传感节点，执行S25；

S25，节点信息综合处理模块确认是否接收到各浮标传感节点数据信息，若是则执行S26，否则执行S24；

S26，判断接收的浮标传感节点数据信息数量是否与浮标传感节点数量一致，若是则执行S27，否则，发送重传指令，执行S24；

S27，数据上传至远程测控系统，执行S28；

S28，远程测控系统确认数据是否接收，若是执行S23，否则执行S27。

所述浮标传感节点数据上传流程为：

S31，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S32，系统硬件自检通过，执行S33，否则，发送预警信号后关机；

S33，是否接收到数据采集命令，是则执行S34，否则系统进入等待状态；

S34，通过数据在线监测模块采集相关水质参数数据，执行S35；

S35，数据预处理模块判断采集周期是否达到，若是则执行S36，否则执行S34；

S36，数据无线收发模块上传水质参数数据至节点信息综合处理模块，执行S37；

S37，节点信息综合处理模块确认数据是否接收，若是则执行S33，否则执行S36。

浮标传感器节点在自检通过后进入接入状态，上传信号接收失败后进入等待状态，处于等待状态的浮标传感器节点，将关闭数据无线收发模块以节省功耗；当等待定时器溢出时，浮标传感器节点再次回到接入状态进行新的接入尝试。如果浮标传感器节点接入成功便转入数据收发状态。处于数据收发状态的浮标传感节点，根据浮标传感节点数据上传流程，完成数据的采集与传输。浮标传感节点为了实现低功耗，必须在数据收发状态与休眠状态之间切换。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在指定海域内随机投放多个浮标传感节点，通过协作配合来感知、采集和处理在线监测模块获得的数据，数据采集区域广，数量大，可有效抑制海洋水文参数多变性的影响，不再依靠单个浮标传感节点进行多次重复数据采集和上传，各浮标传感节点通过无线通信方式上传数据至节点信息综合处理模块中的无线远传单元，无线远传单元将各浮标传感节点信息实时上传至远程测控中心的无线收发单元，可实现对特定海域水质参数的快速、准确、实时监测，远程测控中心的人机交互单元可针对无线收发单元存储在数据库群的有效在线交互信息，及时做出判断和调整预案，克服了现有技术中大量数据冗余造成的系统响应滞后和远程测控中心无法及时做出有效判断的不足。

2、浮标传感网络节点的供电系统采用光伏供电、双蓄电池组供电的模式，即主供电单元采用循环使用寿命长、比能量高的锂离子电池组，辅助供电单元采用环境适应性强的铅酸蓄电池组供电，根据浮标传感网络节点电量管理策略由光伏供电单元为其充电、储能，克服了现有技术中海洋水质监测用浮标供电系统单一的问题且极大提提升浮标传感网络节点的供电稳定性和监测续航能力，克服了现有技术中浮标传感网络节点续航能力差的缺陷。

附图说明

图1本发明结构框图。

图2浮标传感节点结构框图。

图3浮标传感节点海上固定示意图。

图4浮标传感网络节点群海平面俯视示意图。

图5浮标传感网络节点电量管理策略流程图。

图6多个浮标传感网络节点快速自组网络的流程图。

图7多个浮标传感网络节点采集数据上传流程图。

图中：1、浮标体；2、数据在线监测模块；3、数据无线收发模块；4、卫星定位模块；5、缆绳；6、橡胶护圈；7、光伏供电单元；8、卸扣；9、固定锚；10、锚灯。

具体实施方式

实施例1：

如图1-4所示，本发明所述基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，包括浮标传感网络节点群、节点信息综合处理模块和远程自动测控模块，其中：

所述浮标传感网络节点群包括多个浮标传感节点，所述浮标传感节点包括浮标体1，所述浮标体1上集成数据在线监测模块2、数据无线收发模块3、数据预处理模块、电量综合管理模块和卫星定位模块4，电量综合管理模块用于浮标传感节点的统一供电，数据在线监测模块2用于获取水质数据，水质数据通过数据无线收发模块3发送至节点信息综合处理模块；

所述节点信息综合处理模块包括数据存储单元、无线远传单元和中央处理单元，无线远传单元接收数据无线收发模块3发送的数据并储存至数据存储单元，中央处理单元实时调取数据存储单元内信息并通过无线远传单元与远程自动测控模块进行实时通信；

远程自动测控模块包括无线收发单元、存储记录单元和后台处理单元，所述无线收发单元接收无线远传单元发送的数据并通过存储记录单元进行存储，后台处理单元对接收的数据进行处理。

本发明在指定海域内随机投放多个浮标传感节点，通过数据在线监测模块2获取海域内水质数据，数据采集区域广，数量大，可有效抑制海洋水文参数多变性的影响，不再依靠单个浮标传感节点进行多次重复数据采集和上传，各浮标传感节点通过数据无线收发模块3上传数据至节点信息综合处理模块中的无线远传单元，可实现对特定海域水质参数的快速、准确、实时监测，远程测控中心的后台处理单元可针对无线收发单元存储在存储记录单元的数据进行有效的在线交互，技术做出判断和调整预案，克服了现有技术中大量数据冗余造成的系统响应滞后和远程测控中心无法及时做出有效判断的不足。数据无线收发模块3包括ZigBee无线通信模块，数据预处理模块的数字信号通过上述模块以多跳通信方式被发送至节点信息综合处理模块，ZigBee无线通信模块可选用数传速率至少250Kb/S以上的低功耗无线网络模块CC2420、CC2430、CC2520、CC2530中的一种；卫星定位模块4采用BDS定位和GPS定位两种定位模式，用于实现对浮标传感节点群监测海域的准确定位；无线远传单元包括至少两个ZigBee通信模块和一个无线通信模块，无线通信模块可选用海事卫星通信模块或移动通信模块中的一种，海事卫星通信模块可选用BDS或GPS中的一种，移动通信模块可选用GPRS通信模块、3G通信模块、4G通信模块中的一种，无线远传单元用于实现节点信息综合处理模块与远程自动测控模块的数据交互。

其中，后台处理单元包括人机交互单元、web服务器群和移动通信网关；存储记录单元采用数据库群，数据库群用于存储和记录无线收发单元接收的历史监测数据和在线交互数据；人机交互单元包括至少一个上位机和界面交互单元，人机交互单元通过无线收发单元实现对下位多个浮标传感节点的远程控制，并根据下位多个浮标传感节点的上传数据，通过界面交互单元进行实时分析和处理；界面交互单元可选用触摸屏、按键屏中的一种，技术已比较成熟，此处不详述；web服务器群用于实现对相关部门进行水质信息的实时推送，并提供在线浏览、下载等服务；移动通信网关采用GPRS网关、3G网关、4G网关中的一种，用于实现GPRS数据与因特网数据的实时在线交互。

所述浮标体1外周设置橡胶护圈6，浮标体1一侧固定数据在线监测模块2，浮标体1顶面设置电量综合管理模块，浮标体1底面通过卸扣8连接缆绳5，缆绳5连接固定锚9，橡胶护圈6可防止浮标体1被海洋生物损伤，固定锚9可将浮标体1固定在需要监测的目标区域内，防止被海浪冲走，为便于发现，可在浮标体1顶面设置锚灯10，浮标体1材质与现有海上作业浮标体1材质相同，浮标体1的尺寸根据其装配的组件重量进行灵活设置。

所述数据在线监测模块2采用水质参数监测传感器，水质参数监测传感器根据监测数据的不同选取不同的类型，本实施例选用美国YSI公司YSI6600V2多参数水质监测仪，同时监测溶解氧、叶绿素、浊度、pH、氧化还原电位、电导、盐度、水温，所有传感器自动清洁，可存储150,000测量数据。

所述电量综合管理模块包括主供电单元、辅助供电单元、光伏供电单元7、照度传送器、电池状态监测单元和供电模式切换单元，光伏供电单元7为浮标传感节点供电，同时为主供电单元和辅助供电单元充电，电池状态监测单元实时监测主供电单元和辅助供电单元的充放电状态，供电模式切换单元用于实现光伏供电单元7、主供电单元和辅助供电单元三种供电模式的切换功能；浮标传感网络节点采用光伏供电和双蓄电池组供电的模式，即主供电单元采用循环使用寿命长、比能量高的锂离子电池组，辅助供电单元采用环境适应性强的铅酸蓄电池组供电，由光伏供电单元7为其充电、储能，克服了现有技术中海洋水质监测用浮标供电系统单一的问题且极大提提升浮标传感网络节点的供电稳定性和监测续航能力，克服了现有技术中浮标传感网络节点续航能力差的不足，为保证电量综合管理模块的正常使用，仅将光伏供电单元7和照度传送器固定在浮标体1顶面，主供电单元、辅助供电单元、电池状态监测单元和供电模式切换单元固定在浮标体1内部。

所述光伏供电单元7包括汇流盒、充放电控制器和多个太阳能电池板，多个太阳能电池板经汇流盒与充放电控制器电气连接；电池状态监测单元用于实时监测主供电单元和辅助供电单元的工作状态参数，并将监测结果信号发送至供电模式切换单元，工作状态参数包括温度、电压、电流、荷电状态、健康状态、内阻、循环次数和放电深度，电池状态监测单元采用市面现售产品即可，主供电单元为锂离子蓄电池组，辅助供电单元为铅酸蓄电池组；供电模式切换单元包括主控单元和多路可控电子开关，主控单元接收电池状态监测单元的反馈信号，并根据主控单元内嵌的浮标传感网络节点电量管理策略，控制多路可控电子开关，实现光伏供电单元7、主供电单元和辅助供电单元之间的最优供电切换，主控单元对可控电子开关的开关控制所依赖的计算机程序及电子电路属本领域技术人员公知技术，此处不赘述。

如图5所示，所述浮标传感网络节点电量综合管理模块的电量管理策略为：

S11，若光照强度符合预设要求(即照度传送器(型号LXT-401)检测到的光照强度＞6000勒克斯)，定义为Y，则由光伏供电单元7通过充放电控制器对系统各模块进行供电，同时通过充放电控制器对主供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对主供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元7停止对主控单元充电，系统由光伏供电单元7独立供电；

S12，若光照强度不符合预设要求，定义为N，则由主供电单元对系统各模块独立供电；

S13，若光照强度符合“N-Y-N”循环条件，且N、Y、N交替出现的时间间隔小于2分钟，则由主供电单元对系统各模块独立供电，直至“N-Y-N”循环结束后第一次出现符合Y条件时执行S11；若主供电单元电量不足10％时，Y条件仍未出现，则由辅助供电单元对系统各模块独立供电；

S14，在辅助供电单元供电时，若第一次出现符合Y条件时，则由光伏供电单元7通过充放电控制器对辅助供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对辅助供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元7停止对辅助供电单元充电，执行S11；

S15若辅助供电单元电量不足30％时，Y条件仍未出现，则主控单元通过多跳通信方式发送预警信号至节点信息综合处理模块，节点信息综合处理模块通过数据无线收发模块3将预警信息上传至远程自动测控模块进行后续处理，即预警信息通过图像、图表等界面形式实时显示，实时数据存储等；

节点信息综合处理模块的硬件载体为多个浮标传感网络节点中的任意一个，节点信息综合处理模块设置在浮标体1内部，多个浮标传感网络节点通过数据无线收发模块3快速自组网络，设于浮标体1内部的节点信息综合处理模块可避免海水侵蚀，使用寿命长。

如图6所示，多个浮标传感网络节点快速自组网络的流程为：

S21，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S22，若系统硬件自检通过，则执行S23，否则，发送预警信号后关机；

S23，数据预处理模块判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块2的监测信号，若有则执行S24，否则系统进入休眠等待状态，休眠等待时间达到预设时间，继续判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块2的监测信号，若有则执行S24；

S24，发送上传指令信号传送至各浮标传感节点，执行S25；

S25，节点信息综合处理模块确认是否接收到各浮标传感节点数据信息，若是则执行S26，否则执行S24；

S26，判断接收的浮标传感节点数据信息数量是否与浮标传感节点数量一致，若是则执行S27，否则，发送重传指令，执行S24；

S27，数据上传至远程测控系统，执行S28；

S28，远程测控系统确认数据是否接收，若是执行S23，否则执行S27。

如图7所示，所述浮标传感节点数据上传流程为：

S31，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S32，系统硬件自检通过，执行S33，否则，发送预警信号后关机；

S33，是否接收到数据采集命令，是则执行S34，否则系统进入等待状态；

S34，通过数据在线监测模块2采集相关水质参数数据，执行S35；

S35，数据预处理模块判断采集周期是否达到，若是则执行S36，否则执行S34；

S36，数据无线收发模块3上传水质参数数据至节点信息综合处理模块，执行S37；

S37，节点信息综合处理模块确认数据是否接收，若是则执行S33，否则执行S36。

浮标传感器节点在自检通过后进入接入状态，接收失败后进入等待状态，处于等待状态的浮标传感器节点，将关闭数据无线收发模块3以节省功耗；当等待定时器溢出时，浮标传感器节点再次回到接入状态进行新的接入尝试。如果浮标传感器节点接入成功便转入数据收发状态。处于数据收发状态的浮标传感节点，根据浮标传感节点数据上传流程，完成数据的采集与传输。浮标传感节点为了实现低功耗，必须在数据收发状态与休眠状态之间切换。

Claims (10)

1.一种基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，包括浮标传感网络节点群、节点信息综合处理模块和远程自动测控模块，其中：

所述浮标传感网络节点群包括多个浮标传感节点，所述浮标传感节点包括浮标体(1)，所述浮标体(1)上集成数据在线监测模块(2)、数据无线收发模块(3)、数据预处理模块、电量综合管理模块和卫星定位模块(4)，电量综合管理模块用于浮标传感节点的统一供电，数据在线监测模块(2)用于获取水质数据，水质数据通过数据无线收发模块(3)发送至节点信息综合处理模块；

所述节点信息综合处理模块包括数据存储单元、无线远传单元和中央处理单元，无线远传单元接收数据无线收发模块(3)发送的数据并储存至数据存储单元，中央处理单元实时调取数据存储单元内信息并通过无线远传单元与远程自动测控模块进行实时通信；

远程自动测控模块包括无线收发单元、存储记录单元和后台处理单元，所述无线收发单元接收无线远传单元发送的数据并通过存储记录单元进行存储，后台处理单元对接收的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述后台处理单元包括人机交互单元、web服务器群和移动通信网关。

3.根据权利要求2所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述浮标体(1)外周设置橡胶护圈(6)，浮标体(1)一侧固定数据在线监测模块(2)，浮标体(1)顶面设置电量综合管理模块，浮标体(1)底面通过卸扣(8)和缆绳(5)连接固定锚(9)。

4.根据权利要求1所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述数据在线监测模块(2)采用水质参数监测传感器。

5.根据权利要求1所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述电量综合管理模块包括主供电单元、辅助供电单元、光伏供电单元(7)、照度传送器、电池状态监测单元和供电模式切换单元，光伏供电单元(7)为浮标传感节点供电，同时为主供电单元和辅助供电单元充电，电池状态监测单元实时监测主供电单元和辅助供电单元的充放电状态，供电模式切换单元用于实现光伏供电单元(7)、主供电单元和辅助供电单元三种供电模式的切换功能。

6.根据权利要求5所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述光伏供电单元(7)包括汇流盒、充放电控制器和多个太阳能电池板，多个太阳能电池板经汇流盒与充放电控制器电气连接。

7.根据权利要求5所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述光伏供电单元(7)、主供电单元和辅助供电单元三种供电模式的切换流程为：

S11，若光照强度符合预设要求，定义为Y，则由光伏供电单元(7)通过充放电控制器对系统各模块进行供电，同时通过充放电控制器对主供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对主供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元(7)停止对主控单元充电，系统由光伏供电单元(7)独立供电；

S12，若光照强度不符合预设要求，定义为N，则由主供电单元对系统各模块独立供电；

S13，若光照强度符合“N-Y-N”循环条件，且N、Y、N交替出现的时间间隔小于2分钟，则由主供电单元对系统各模块独立供电，直至“N-Y-N”循环结束后第一次出现符合Y条件时执行S11；若主供电单元电量不足10％时，Y条件仍未出现，则由辅助供电单元对系统各模块独立供电；

S14，在辅助供电单元供电时，若第一次出现符合Y条件时，则由光伏供电单元(7)通过充放电控制器对辅助供电单元进行充电；充电过程中，电池状态监测单元对辅助供电单元的工作状态参数进行实时监控；若监测的工作状态参数符合停充条件，光伏供电单元(7)停止对辅助供电单元充电，执行S11；

S15若辅助供电单元电量不足30％时，Y条件仍未出现，则主控单元通过多跳通信方式发送预警信号至节点信息综合处理模块，节点信息综合处理模块通过数据无线收发模块(3)将预警信息上传至远程自动测控模块进行后续处理。

8.根据权利要求1所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，节点信息综合处理模块的硬件载体为多个浮标传感网络节点中的任意一个，节点信息综合处理模块设置在浮标体(1)内部，多个浮标传感网络节点通过数据无线收发模块(3)快速自组网络。

9.根据权利要求8所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述多个浮标传感网络节点快速自组网络的流程为：

S21，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S22，若系统硬件自检通过，则执行S23，否则，发送预警信号后关机；

S23，数据预处理模块判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块(2)的监测信号，若有则执行S24，否则系统进入休眠等待状态，休眠等待时间达到预设时间，继续判断有无接收数字无线收发模块的数字信号和/或数据在线监测模块(2)的监测信号，若有则执行S24；

S24，发送上传指令信号传送至各浮标传感节点，执行S25；

S25，节点信息综合处理模块确认是否接收到各浮标传感节点数据信息，若是则执行S26，否则执行S24；

S26，判断接收的浮标传感节点数据信息数量是否与浮标传感节点数量一致，若是则执行

S27，否则，发送重传指令，执行S24；

S27，数据上传至远程测控系统，执行S28；

S28，远程测控系统确认数据是否接收，若是执行S23，否则执行S27。

10.根据权利要求9所述的基于多浮标传感节点的海洋水质远程测控系统，其特征在于，所述浮标传感节点数据上传流程为：

S31，浮标传感节点上电，进行系统硬件自检；

S32，系统硬件自检通过，执行S33，否则，发送预警信号后关机；

S33，是否接收到数据采集命令，是则执行S34，否则系统进入等待状态；

S34，通过数据在线监测模块(2)采集相关水质参数数据，执行S35；

S35，数据预处理模块判断采集周期是否达到，若是则执行S36，否则执行S34；

S36，数据无线收发模块(3)上传水质参数数据至节点信息综合处理模块，执行S37；

S37，节点信息综合处理模块确认数据是否接收，若是则执行S33，否则执行S36。