CN111007749A - 一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器 - Google Patents
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Abstract
一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器，包括：电源和稳压模块；数据采集控制模块；电能控制模块；中央处理器；晶振及基准电压模块；其中，中央处理器的I/O端口分别与稳压模块、数据采集控制模块、电能控制模块连接。本发明能够通过水上电能控制模块，将电信号存储到水下电能存储模块，为水下传感器系统提供稳定可靠的电能供给，提高系统工作灵活性；数据采集控制模块采集传感器数据信息，通过北斗通讯模块进行定位与数据传输并发送给远端；电能和数据分时传输，过程简单，实现全自动无人值守的数据采集、发送。
Description
技术领域
本发明涉及海洋监测设备领域，涉及一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器。
背景技术
海洋立体监测网是一种现代化的海洋观测设备，监测内容和项目涵盖水文、气象、物理、化学、生物、生态环境、污染事件等全项目、多介质、多学科的监测，并能够对海洋环境实施业务化、全天候、不间断的动态监测。在海洋立体监测网中，海洋浮标系统是世界各国海洋环境监测与海洋灾害预报的主要手段之一，具有全天候、长期连续、定点进行监测的特点。锚定型浮标因其能测量更多参数且具有更长的生命周期而被更加广泛的应用于海洋监测领域。
在电能供给方面，浮标系统的水下传感器基本上都是自容式供电的，即水下传感器系统自身携带电池来为自己供电，这样不仅对水下传感系统的功耗有较高要求，同时还限制了水下传感器的服役寿命。数据传输方面，目前最成熟的水下通信技术是水声技术，但声波在水中散射、传输损耗以及回波干扰等因素使得水声设备的研制非常困难，且声纳发送和接收装置体积大、功耗高，不适合用在低功耗的水下传感器这类小型设备。
基于上述原因，目前的锚定型浮标水下传感器基本都是将测量数据存储在内部的存储介质上，只有将传感器打捞上来接到计算机上才能读取测量数据，费时费力，无法实现实时测量。
发明内容
为解决上述难题，本发明一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器，通过水上电能控制模块，将电信号存储到水下电能存储模块，为水下传感器系统提供稳定可靠的电能供给；数据采集控制模块用于获取海洋参数和浮标位置数据，通过北斗通讯模块进行定位与数据传输并发送给远端；电能和数据分时传输，过程简单，实现全自动无人值守的数据采集、发送，有效解决锚定型浮标水下传感器的电能供给与数据实时回传的问题。
一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器，其特征在于，包括：
电源和稳压模块，用于为整个浮标系统供电，所述稳压模块包括为数据采集控制模块、电能控制模块提供电能的第一电源电路、和为中央处理器提供电能的第二电源电路；
数据采集控制模块，用于获取海洋参数和浮标位置数据；
电能控制模块，用于将电信号存储到水下电能存储模块，为水下传感器提供稳定可靠的电能供给；
电能存储模块，用于为水下系统存储电能，为水质传感器供电；
中央处理器，用于控制数据采集与电能传输；
晶振及基准电压模块，用于为中央处理器提供时钟信号以及基准电压。
所述中央处理器的I/O端口分别与稳压模块、数据采集控制模块、电能控制模块连接；电源与稳压模块相连，所述稳压模块连接中央处理器、电能控制模块、数据采集控制模块（电力线通信模块、北斗通讯模块）；数据采集控制模块与电力线通信模块、北斗通讯模块和水质传感器相连；电能控制模块连接电能存储模块，电能存储模块后接水质传感器为其供电。电能传输时，通过水上电能控制模块，经过电磁耦合作用将电信号存储到水下电能存储模块，为水质传感器供电；数据传输时，通过数据采集控制模块将采集到的数据信号调制为交变信号，经过电磁耦合作用将调制信号传输到中央处理器，再经过数据采集控制模块进行解调得到传感器数据信息，最后将数据信息发送给北斗卫星网络。
本方案不需要将传感器打捞上来接到计算机上才能读取测量数据，实现了电能和数据分时传输，过程简单，实现全自动无人值守的数据采集、发送，有效解决锚定型浮标水下传感器的电能供给与数据实时回传的难题。
附图说明
图1为本发明功能模块示意图；
图2为本发明第一电源电路IR2110驱动电压的结构；
图3为本发明第一电源电路12V转换电压的结构；
图4为本发明第一电源电路5V转换电压的结构；
图5为本发明第二电源电路的结构；
图6为本发明数据采集控制模块的北斗通信模块、水质传感器进行数据传输的结构；
图7为本发明数据采集控制模块电力通信接口的结构；
图8为本发明数据采集控制模块的电力通信模块进行数据传输的结构；
图9为本发明电能控制模块的结构；
图10为本发明晶振及基准电压模块的结构。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容，列举以下实施方式进行详细说明。
图1所述一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器功能模块示意图，包括：
电源和稳压模块，用于为整个浮标系统供电，所述稳压模块包括为数据采集控制模块、电能控制模块提供电能的第一电源电路、和为中央处理器提供电能的第二电源电路；
数据采集控制模块，用于获取海洋参数和浮标位置数据；
电能控制模块，用于将电信号存储到水下电能存储模块，为水下传感器提供稳定可靠的电能供给；
电能存储模块，用于为水下系统存储电能，为水质传感器供电；
中央处理器，用于控制数据采集与电能传输；
晶振及基准电压模块，用于为中央处理器提供时钟信号以及基准电压；
中央处理器的I/O端口分别与稳压模块、数据采集控制模块、电能控制模块连接；电源与稳压模块相连，所述稳压模块连接中央处理器、电能控制模块、数据采集控制模块、电力线通信模块及北斗通讯模块；数据采集控制模块与电力线通信模块、北斗通讯模块和水质传感器相连；电能控制模块连接电能存储模块，电能存储模块后接水质传感器为其供电。
图2所述第一电源电路IR2110驱动电压的结构，包括：电源转换器（U1）、滑动电阻（R1）、额定电阻（R3~R4）、二极管（D2）、额定电容（C1~C7）、额定电感（L2）。所述滑动电阻（R1）串联于额定电阻（R3）与电源转换器（U1）反馈端（4）之间；额定电阻（R3）串联于滑动电阻（R1）与地（GND）之间；额定电容（C1）在电源转换器（U1）反馈端（4）与地（GND）之间；额定电阻（R4）在电源转换器（U1）反馈端（4）与IR2110驱动电压（VCC_p）之间；电源转换器（U1）输入端（1）为电源电压（VIN）；额定电容（C2、C3）在电源电压（VIN）与地（GND）之间；二极管（D2）在电源转换器（U1）输出端（2）与地（GND）之间；额定电感（L2）在电源转换器（U1）输出端（2）与第一转换电压（VCC_p）之间；额定电容（C4~C7）在IR2110驱动电压（VCC_p）与地（GND）之间。
图3所述第一电源电路12V转换电压的结构，包括：电源转换器（U3）、滑动电阻（R2）、额定电阻（R5~R6）、二极管（D3）、额定电容（C12~C18）、额定电感（L3）。滑动电阻（R2）串联于额定电阻（R5）与电源转换器（U3）反馈端（4）之间；额定电阻（R5）串联于滑动电阻（R2）与地（GND）之间；额定电容（C12）在电源转换器（U3）反馈端（4）与地（GND）之间；额定电阻（R6）在电源转换器（U3）反馈端（4）与12V转换电压（V12V）之间；电源转换器（U3）输入端（1）为电源电压（VIN）；额定电容（C13、C14）在电源电压（VIN）与地（GND）之间；二极管（D3）在电源转换器（U3）输出端（2）与地（GND）之间；额定电感（L3）在电源转换器（U3）输出端（2）与12V转换电压（V12V）之间；额定电容（C15~C18）在12V转换电压（V12V）与地（GND）之间；
图4所述第一电源电路5V转换电压的结构，包括：电源转换器（U2）、二极管（D1）、额定电容（C8~C11）、额定电感（L1）。电源转换器（U2）输入端（1）为12V转换电压（V12V）；额定电容（C8）在电源转换器（U2）输入端（1）与地（GND）之间；二极管（D1）在电源转换器（U2）输出端（2）与地（GND）之间；额定电感（L1）在电源转换器（U2）输出端（2）与第三转换电压（V5V）之间；额定电容（C9~C11）在第三转换电压（V5V）与地（GND）之间。
图5所述第二电源电路，包括：电源转换器（U4）、额定电容（C19~C22）。所述电源转换器（U4）输入端（1）为第三转换电压（V5V），输出端为第四转换电压（V3.3V）；额定电容（C19）在电源转换器（U4）输入端（1）与地（GND）之间；额定电容（C20）在电源转换器（U4）控制端（4）与地（GND）之间；额定电容（C21、C22）在电源转换器（U4）输出端（4）与地（GND）之间。
图6所述数据采集控制模块的北斗通信模块、水质传感器进行数据传输的结构；包括：电平转换器（U5）、额定电容（C23~C27）；所述电平转换器（U5）用于中央处理器与北斗通讯模块、水质传感器模块进行数据传输。
图7所述数据采集控制模块电力通信接口的结构；包括：电平转换器（U8）、额定电容（C29~C30）。电平转换器（U8）用于中央处理器与电力通讯模块进行数据传输；
图8所述数据采集控制模块的电力通信模块进行数据传输的结构；包括：电力线通信接口（U6）、继电器（U7）、额定电容（C28）、额定电阻（R7）。中央处理器输出端（PLT_Switch）通过继电器（U7）控制电平转换器（U6）输出端（9）。
图9所述电能控制模块包括：电平转换器（U9、U10）、MOS管（U11~U14）、额定电阻（R8~R15）、二极管（D4、D5、D8~D11）、稳压管（D6、D7、D12、D13）、额定电容（C31~C44）、接口（P5）；电平转换器（U9、U10）的输入端为中央处理器输出端（ChannelA、ChannelB、ShutDown）；额定电容（C31、C32）在MOS管（U11、U12）漏极与地（GND）之间；额定电容（C33、C34）在电平转换器（U9）输入端（VB）、（VS）之间；额定电容（C35、C36）在电平转换器（U10）输入端（VB）、（VS）之间；额定电容（C37、C38）在电平转换器（U9）输入端（VDD）、（VSS）之间；额定电容（C39、C40）在电平转换器（U10）输入端（VDD）、（VSS）之间；额定电阻（R8）在电平转换器（U9）输出端（7）与MOS管（U11）栅极之间；额定电阻（R9）在电平转换器（U10）输出端（7）与MOS管（U12）栅极之间；额定电阻（R12）在电平转换器（U9）输出端（1）与MOS管（U13）栅极之间；额定电阻（R13）在电平转换器（U10）输出端（1）与MOS管（U14）栅极之间；额定电阻（R10）与稳压管（D6）并联在MOS管（U11）栅极与源极之间；额定电阻（R11）与稳压管（D7）并联在MOS管（U12）栅极与源极之间；额定电阻（R14）与稳压管（D12）并联在MOS管（U13）栅极与源极之间；额定电阻（R15）与稳压管（D13）并联在MOS管（U14）栅极与源极之间。
图10所述晶振及基准电压模块包括：额定电阻（R16~R20）、额定电容（C45~C58）、额定电感（L4）、晶振（Y1、Y2）；晶振（Y1）在额定电容（C45）与额定电容（C46）之间；晶振（Y2）在额定电容（C47）与额定电容（C48）之间；额定电容（C53~C58）在第四转换电压（V3.3V）与地（GND）之间。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (1)
1.一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器，其特征在于：包括：电源与稳压模块，用于为整个浮标系统供电，所述稳压模块包括为数据采集控制模块、电能控制模块提供电能的第一电源电路、和为中央处理器提供电能的第二电源电路；
数据采集控制模块，用于获取海洋参数和浮标位置数据；
电能控制模块，用于将电信号存储到水下电能存储模块，为水下传感器提供稳定可靠的电能供给；
电能存储模块，用于为水下系统存储电能，为水质传感器供电；
中央处理器，用于控制数据采集与电能传输；
晶振及基准电压模块，用于为中央处理器提供时钟信号以及基准电压；
所述中央处理器的I/O端口分别与稳压模块、数据采集控制模块、电能控制模块连接；电源与稳压模块相连，所述稳压模块连接中央处理器、电能控制模块、数据采集控制模块、电力线通信模块及北斗通讯模块；数据采集控制模块与电力线通信模块、北斗通讯模块和水质传感器相连；电能控制模块连接电能存储模块，电能存储模块后接水质传感器为其供电；
电能传输时，通过电能控制模块，经过电磁耦合作用将电信号存储到电能存储模块，为水质传感器供电；数据传输时，将数据信号调制为交变信号，经过电磁耦合作用将调制信号传输到中央处理器，再经过解调得到传感器数据信息，最后将数据信息发送给北斗卫星网络。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102267542A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-12-07 | 天津大学 | 浮标系统水下传感器非接触电能供给与数据传输装置 |
| CN104698952A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-10 | 国家海洋技术中心 | 一种剖面漂流浮标数据采集控制器 |
| CN104794879A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-22 | 国家海洋技术中心 | 一种定时传输潜标中水上通信浮标数据采集控制器 |
| CN204990685U (zh) * | 2015-04-24 | 2016-01-20 | 国家海洋技术中心 | 一种定时传输潜标中水上通信浮标数据采集控制器 |
| CN208781033U (zh) * | 2018-10-08 | 2019-04-23 | 天津大学青岛海洋技术研究院 | 一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102267542A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-12-07 | 天津大学 | 浮标系统水下传感器非接触电能供给与数据传输装置 |
| CN104698952A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-06-10 | 国家海洋技术中心 | 一种剖面漂流浮标数据采集控制器 |
| CN104794879A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-07-22 | 国家海洋技术中心 | 一种定时传输潜标中水上通信浮标数据采集控制器 |
| CN204990685U (zh) * | 2015-04-24 | 2016-01-20 | 国家海洋技术中心 | 一种定时传输潜标中水上通信浮标数据采集控制器 |
| CN208781033U (zh) * | 2018-10-08 | 2019-04-23 | 天津大学青岛海洋技术研究院 | 一种锚定型浮标水上电能传输与数据采集控制器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李成: "浮标系统非接触电能及数据传输的实现", 中国优秀硕士论文电子期刊网, no. 3, 15 March 2012 (2012-03-15), pages 1 - 71 * |
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