CN112099610B - 一种带定时预约功能的hadcp系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带定时预约功能的HADCP系统，所述系统包括：发射机板、接收机板、母板、输入滤波板、姿态传感器、温度传感器和压力传感器，所述系统还包括：信号处理板和电源控制板；所述信号处理板，用于向电源控制板发送各种命令，接收电源控制板反馈的信息；所述电源控制板，用于为整个HADCP系统提供实时时钟；接收信号处理板发送的各种命令并进行解析和处理；接收并处理各种唤醒信号，由此控制整个系统的工作状态和休眠状态的切换，实现HADCP系统定时预约功能。本发明的带定时预约功能的HADCP能够自主完成预先设定的数据采集周期进行数据采集，摆脱了对实时控制的依赖，真正的实现了无人值守自主执行数据采集任务，实现低功耗设计。

Description

一种带定时预约功能的HADCP系统
技术领域
本发明涉及声学仪器领域，特别涉及一种带定时预约功能的HADCP系统。
背景技术
HADCP(Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler，水平声学多普勒海流剖面仪)是一种固定安装在近岸水下，用于测量水平流速和流量的声学仪器。
现有的HADCP系统，多是采用市电直接供电，接通电源就开始工作。但是，对于市电不能直接通达的使用场合，这种设计会受到限制；这种情况下就要使用蓄电池，蓄电池所储电能一定，这就要求HADCP系统尽可能高效率的利用蓄电池，因此需要一款能够自主控制工作和休眠的HADCP系统，以提高用电效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术缺陷，设计了带定时预约功能的电源控制板的HADCP系统。带定时预约功能的电源控制板用于对信号处理板发送的任务数据进行解析，并在任务时间到达后控制HADCP系统开机，完成一个工作周期后，接收并解析信号处理板发送的数据，控制HADCP系统关机，定时预约的时间到后再控制HADCP系统开机。
为实现上述目的，本发明提出了一种带定时预约功能的HADCP系统，所述系统包括：发射机板、接收机板、母板、输入滤波板、姿态传感器、温度传感器和压力传感器，所述系统还包括：信号处理板和电源控制板；
所述信号处理板，用于向电源控制板发送各种命令，接收电源控制板反馈的信息；
所述电源控制板，为整个HADCP系统提供实时时钟；接收信号处理板发送的各种命令并进行解析和处理；接收并处理各种唤醒信号，由此控制整个系统的工作状态和休眠状态的切换，实现HADCP系统定时预约功能。
作为上述系统的一种改进，所述电源控制板包括外同步电路、单片机、第一隔离器和实时时钟芯片；所述单片机处于休眠状态或未休眠状态；所述单片机通过I2C通信与信号处理板进行通信；
所述外同步电路，用于对外接的同步设备输出的输入同步信号进行转换，当单片机休眠时将转换后同步的信号发送到单片机的一个I/O中断引脚；否则，将转换后同步信号通过第一隔离器发送到信号处理板；
所述单片机，用于接收信号处理板发送的对时命令，设置与校准实时时钟芯片的时间；接收信号处理板发送的全局参数设置的命令，设置工作时全局参数；接收信号处理板发送的第一次开机时间的命令，设置第一次开机的时间；接收信号处理板发送的查询命令，查询单片机存储的关于HADCP系统信息；接收获取单片机时间的命令，对该命令解析后通过SPI通信向实时时钟芯片发送读时间信息的命令，然后将读取的时间信息发送至信号处理板以进行时间的更新；接收信号处理板发送的休眠时间命令，对该命令解析后通过SPI通信向实时时钟芯片发送写时间信息的命令；
所述实时时钟芯片，用于接收单片机通过SPI通信发送过来的读时间信息的命令，对该命令解析后并将时间信息通过SPI通信发送至单片机；用于接收单片机通过SPI通信发送过来的写时间信息的命令，对该命令进行解析后并将时间信息存入自带的SRAM，即写入了定时预约的时间，当该定时预约的时间到达时，向单片机的一个I/O中断引脚发送一个中断。
作为上述系统的一种改进，当单片机处于休眠状态，通过以下三种方式唤醒单片机：
当外同步电路转换后同步的信号发送到单片机的一个I/O中断引脚，将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电；
当实时时钟芯片设置的定时预约的时间到，实时时钟芯片的/INT/SQW引脚就会向一个I/O中断引脚发送一个中断，将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电；
当单片机通过UART通信接收外部串口发送过来的BREAK信号，BREAK信号将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电。
作为上述系统的一种改进，所述电源控制板还包括第二隔离器，用于将信号处理板输出的输出同步信号发送至外同步电路进行转换，转换后的信号发送到同步设备。
作为上述系统的一种改进，电源控制板还包括常供电源模块和可控电源模块；
常供电源模块包括单片机电源、实时时钟电源、外同步电源和硬件喂狗芯片电源，分别用于为单片机、实时时钟芯片、外同步电路及硬件喂狗芯片供电；
可控电源模块包括发射机电源、信号处理板电源、温度传感器电源、压力传感器电源、姿态传感器电源和接收机电源，分别为发射机板、信号处理板、温度传感器、压力传感器、姿态传感器及接收机板供电。
作为上述系统的一种改进，所述单片机还用于当检测到外部电源电量不足或者更换电池故障时，将该信息发送至信号处理板。
作为上述系统的一种改进，所述单片机还用于进行电压和电流的监测，当接收到信号处理板询问一次自检信息时，启动AD采集，得到监测电压和电流，并对应转化成供电电压和供电电流，将供电电压与系统设定的供电电压的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电压超限标志位，并上传给信号处理板；将供电电流与系统设定的供电电流的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电流超限标志位，并上传给信号处理板。
本发明的优势在于：
1、本发明的带定时预约功能的HADCP能够自主完成预先设定的数据采集周期进行数据采集，摆脱了对实时控制的依赖，真正的实现了无人值守自主执行数据采集任务；
2、本发明的HADCP系统能够自主控制自身的工作和休眠，在使用蓄电池的情况下，能够节约电能，实现低功耗设计；
3、中国科学院声学研究所在前期海洋型和河流型ADCP的研发基础之上，于2017年承担了国家重点研发计划水资源高效利用专项中“江河湖库水文要素在线检测技术与装备”项目内国产HADCP的研发任务，目前样机已完成研制，并在长江南京水文站和攀枝花水文站开展了应用试验。
附图说明
图1为本发明的HADCP电子系统组成示意图；
图2为本发明的带定时预约功能的电源电路组成示意图；
图3为本发明的常供电源模块组成示意图；
图4为本发明的可控电源模块组成示意图；
图5为本发明的外同步模块组成示意图；
图6为本发明的实时时钟组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种带定时预约功能的HADCP系统，HADCP系统主要由发射机板、接收机板、信号处理板、电源控制板、母板、输入滤波板、姿态传感器、温度传感器和压力传感器等组成。
所述发射机板与所述母板进行双向连接，所述信号处理板与所述母板进行双向连接，所述电源控制板与所述母板进行双向连接，所述输入滤波板与母板进行双向连接，所述接收机板与母板进行双向连接，所述接收机板与所述温度传感器进行双向连接，所述接收机板与所述压力传感器进行双向连接，所述接收机板与所述姿态传感器进行双向连接，所述接收机板与所述换能器阵进行双向连接。
所述发射机板用于通过所述母板、接收机板向所述换能器阵发射超声波；所述信号处理板用于通过所述母板向所述发射机板发送发射控制信号；所述信号处理板用于通过所述母板向所述接收机板发送增益控制信号；所述信号处理板用于通过所述母板接收所述接收机板采集的信号；所述信号处理板用于通过所述母板、接收机板接收所述温度传感器的数据；所述信号处理板用于通过所述母板、接收机板接收所述压力传感器的数据；所述信号处理板用于通过所述母板、接收机板与所述姿态传感器进行双向通信；所述信号处理板用于通过所述母板、滤波板向水密接插件上传数据、进行网络连接及输入/输出同步信号；所述电源控制板用于通过所述母板给所述发射机板、信号处理板、接收机板提供电源；所述电源控制板用于通过母板与所述信号处理板进行I2C通信；所述输入滤波板用于通过母板将水密接插件的信号分别送到所述信号处理板、电源控制板；所述接收机板用于采集所述换能器阵的信号；所述接收机板用于通过所述母板接收所述信号处理板的增益控制信号；所述接收机板用于通过所述母板向所述信号处理板上传温度传感器、压力传感器及姿态传感器的数据；所述温度传感器用于采集HADCP所处水环境的温度；所述压力传感器用于采集HADCP系统所处水环境的压力；所述姿态传感器用于为HADCP系统提供姿态矫正的数据；所述换能器阵用于接收所述发射机板发送的超声波、并将接收的回波信号传给所述接收机板。
电源控制板主要的功能是：给HADCP系统各部分提供各自需要的直流电源及这些电源的控制，实现整系统的电源管理及低功耗控制，使HADCP系统运行功耗符合设计要求；实现HADCP系统的实时时钟功能；接收并处理唤醒信号，控制整个系统的工作状态；收发和处理来自信号处理板的数据，控制整个系统的工作状态；对HADCP系统进行掉电检测，保证HADCP系统正常运行；同时监测HADCP系统的电压和电流，保证HADCP系统正常运行。
如图2所示，电源控制板包括常供电源模块、可控电源模块、外同步电路、单片机MSP430、第一隔离器、第二隔离器和实时时钟芯片DS3234；所述单片机处于休眠状态或未休眠状态；所述单片机MSP430通过I2C通信与信号处理板进行通信；
所述外同步电路，用于对外接的同步设备输出的输入同步信号进行转换，当单片机MSP430休眠时将转换后同步的信号发送到单片机MSP430的一个I/O中断引脚；否则，将转换后同步信号通过第一隔离器发送到信号处理板；
所述单片机MSP430，用于接收信号处理板发送的对时命令，设置与校准实时时钟芯片DS3234的时间；接收信号处理板发送的全局参数设置的命令，设置工作时全局参数；接收信号处理板发送的第一次开机时间的命令，设置第一次开机的时间；接收信号处理板发送的查询命令，查询单片机MSP430存储的关于HADCP系统信息；接收获取单片机MSP430时间的命令，对该命令进行解析后通过SPI通信向实时时钟芯片DS3234发送读时间的命令，然后将读取的时间信息发送至信号处理板以进行时间的更新；接收信号处理板发送的休眠时间命令，对该命令解析后通过SPI通信向实时时钟芯片DS3234发送写时间信息的命令；
UART通信是电源控制板中单片机MSP430与外部串口之间的通信，主要完成的功能是接收外部串口发送过来的BREAK信号，若单片机MSP430处于休眠状态，BREAK信号将唤醒在休眠的单片机MSP430，然后控制电源控制板给HADCP系统上电；若单片机MSP430不处于休眠状态，则将该BREAK信号转发给信号处理板。
当单片机MSP430检测到外部电源电量不足或者更换电池等故障时，能快速的通知信号处理板将重要的信息及时进行存储，以免丢失重要信息。电压监测完成的功能是：当HADCP系统首次上电及进入工作状态时，信号处理板就会向单片机MSP430询问一次自检信息，单片机MSP430就会控制进行AD采集，得到该监测电压，并对应转化成供电电压，与系统设定的供电电压的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电压超限标志位，并上传给信号处理板。电流监测完成的功能是：当HADCP系统首次上电及进入工作状态信号处理板就会向单片机MSP430询问一次自检信息，单片机MSP430就会控制进行AD采集，得到该监测电流，与系统设定的供电电流的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电流超限标志位，并上传给信号处理板。
实时时钟芯片DS3234，用于接收单片机MSP430通过SPI通信发送过来的读时间信息的命令，对该命令解析后并将时间信息通过SPI通信发送至单片机MSP430；用于接收单片机MSP430通过SPI通信发送过来的写时间信息的命令，对该命令进行解析后并将时间信息存入自带的SRAM，也就是写入了定时预约的时间，待到达该定时预约的时间时，向单片机MSP430的一个I/O中断引脚发送一个中断。
如图3所示，常供电源模块包括单片机MSP430电源、实时时钟DS3234电源、外同步电源和硬件喂狗芯片电源。常供电源模块主要的功能是：给HADCP系统中电源控制板模块中的单片机MSP430、实时时钟DS3234、外同步电路及硬件喂狗芯片供电。
如图4所示，可控电源模块包括发射机电源、信号处理板电源、温度传感器电源、压力传感器电源、姿态传感器电源、接收机电源。可控电源模块主要的功能是：给HADCP系统中发射机、信号处理板、温度传感器、压力传感器、姿态传感器及接收机供电。
如图5所示，外同步电路模块包括：外同步电路、第一隔离器和第二隔离器；输入同步时，外同步电路将同步设备输出的输入同步信号进行转换，转换后的信号将直接连接到单片机MSP430的一个I/O中断引脚上或经过第一隔离器之后连接到信号处理板上；输出同步时，信号处理板输出的输出同步信号经第二隔离器后再经外同步电路转换，转换后的信号连接到同步设备。
关于输入同步，详细的说明如下：若单片机MSP430处于休眠状态，同步信号将唤醒在休眠的单片机MSP430，然后控制电源控制板给HADCP系统上电；若单片机MSP430不处于休眠状态，则将该同步信号经第一隔离器后转发给信号处理板。
如图6所示，单片机MSP430对实时时钟芯片DS3234的初始化、读、写，以完成定时预约功能。具体的说就是，当一个数据采集周期结束，信号处理板就会通过I2C通信向单片机MSP430发送休眠时间的命令，单片机MSP430收到该命令并解析后，就会通过SPI通信向实时时钟芯片DS3234发送写时间的命令，简单地说，就是给DS3234定了一个闹钟，当定时时间到，DS3234的/INT/SQW引脚就会向单片机MSP430的一个I/O中断引脚发送一个中断信号，将单片机MSP430唤醒，然后控制给HADCP系统开电，等待信号处理板的命令。
最后所应说明的是，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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种带定时预约功能的HADCP系统，所述系统包括：发射机板、接收机板、母板、输入滤波板、姿态传感器、温度传感器和压力传感器，其特征在于，所述系统还包括：信号处理板和电源控制板；
所述信号处理板，用于向电源控制板发送各种命令，接收电源控制板反馈的信息；
所述电源控制板，用于为整个HADCP系统提供实时时钟；接收信号处理板发送的各种命令并进行解析和处理；接收并处理各种唤醒信号，由此控制整个系统的工作状态和休眠状态的切换，实现HADCP系统定时预约功能；
所述电源控制板包括外同步电路、单片机、第一隔离器和实时时钟芯片；所述单片机处于休眠状态或未休眠状态；所述单片机通过I2C通信与信号处理板进行通信；
所述外同步电路，用于对外接的同步设备输出的输入同步信号进行转换，当单片机休眠时将转换后同步的信号发送到单片机的一个I/O中断引脚；否则，将转换后同步信号通过第一隔离器发送到信号处理板；
所述单片机，用于接收信号处理板发送的对时命令，设置与校准实时时钟芯片的时间；接收信号处理板发送的全局参数设置的命令，设置工作时全局参数；接收信号处理板发送的第一次开机时间的命令，设置第一次开机的时间；接收信号处理板发送的查询命令，查询单片机存储的关于HADCP系统信息；接收获取单片机时间的命令，对该命令解析后通过SPI通信向实时时钟芯片发送读时间信息的命令，然后将读取的时间信息发送至信号处理板以进行时间的更新；接收信号处理板发送的休眠时间命令，对该命令解析后通过SPI通信向实时时钟芯片发送写时间信息的命令；
所述实时时钟芯片，用于接收单片机通过SPI通信发送的读时间信息的命令，对该命令解析后并将时间信息通过SPI通信发送至单片机；用于接收单片机通过SPI通信发送的写时间信息的命令，对该命令进行解析后并将时间信息存入自带的SRAM，即写入了定时预约的时间，当该定时预约的时间到达时，向单片机的一个I/O中断引脚发送一个中断。
2.根据权利要求1所述的带定时预约功能的HADCP系统，其特征在于，当单片机处于休眠状态，通过以下三种方式唤醒单片机：
当外同步电路转换后同步的信号发送到单片机的一个I/O中断引脚，将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电；
当实时时钟芯片设置的定时预约的时间到，实时时钟芯片的/INT/SQW引脚就会向一个I/O中断引脚发送一个中断，将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电；
当单片机通过UART通信接收外部串口发送过来的BREAK信号，BREAK信号将单片机唤醒，然后单片机控制电源控制板给HADCP系统上电。
3.根据权利要求1所述的带定时预约功能的HADCP系统，其特征在于，所述电源控制板还包括第二隔离器，用于将信号处理板输出的输出同步信号发送至外同步电路进行转换，转换后的信号发送到同步设备。
4.根据权利要求1所述的带定时预约功能的HADCP系统，其特征在于，电源控制板还包括常供电源模块和可控电源模块；
常供电源模块包括单片机电源、实时时钟电源、外同步电源和硬件喂狗芯片电源，分别用于为单片机、实时时钟芯片、外同步电路及硬件喂狗芯片供电；
可控电源模块包括发射机电源、信号处理板电源、温度传感器电源、压力传感器电源、姿态传感器电源和接收机电源，分别为发射机板、信号处理板、温度传感器、压力传感器、姿态传感器及接收机板供电。
5.根据权利要求1所述的带定时预约功能的HADCP系统，其特征在于，所述单片机还用于当检测到外部电源电量不足或者更换电池故障时，将该信息发送至信号处理板。
6.根据权利要求1所述的带定时预约功能的HADCP系统，其特征在于，所述单片机还用于进行电压和电流的监测，当接收到信号处理板询问一次自检信息时，启动AD采集，得到监测电压和电流，并对应转化成供电电压和供电电流，将供电电压与系统设定的供电电压的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电压超限标志位，并上传给信号处理板；将供电电流与系统设定的供电电流的上限和下限进行比较，若不在设定的范围内，则置位电流超限标志位，并上传给信号处理板。
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