CN113625650B - 一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统及装置，涉及海洋观测技术领域，包括用于数据发送以及远程命令接收的定位通讯模块，定位通讯模块的外侧设置有第一壳体，定位通讯模块包括多层电路板，定位通讯模块的底端设置第一接头；第一壳体的下端设有第二壳体，第二壳体内设有处理模块，处理模块的上端设有能够与第一接头进行电连接的第二接头，处理模块包括上下布列的多层电路板，处理模块的下端设有第一接头；第二壳体的下方设置有用于盛放电池模块的第三壳体，第三壳体的下方设置有一底盖壳体.该系统可根据用户的实际应用需求进行搭配，在各模块组合完毕后，将形成一个独立的系统进行使用，其适用性更强，成本及需求可控。

Description

一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统及装置

技术领域

本发明涉及海洋观测技术领域，尤其是一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统及装置。

背景技术

要研究和开发海洋资源，离不开对海洋的监测和勘探。海洋监测技术和设备是科研人员在对海洋监测和勘探过程中不可缺少的基础技术和原始信息获取的手段，其中，浮标、潜标、水下机器人ROV等作为科研人员获取海洋环境资料的主要技术装备，广泛应用于海洋监测中。随着卫星通讯定位技术的日益成熟，实现机动载体的实时高精度定位、测速等应用已经不再是难题，以卫星通讯定位技术为核心的应用逐渐渗透到信标系统中。

目前普遍使用的海洋信标机，其通常使用铱星通讯方式，回传信标中安装的GPS位置数据，用于得到安装信标的海洋设备的实际位置。其主要分为水下型和水上型，其主要区别是水下型安装有电导或压力开关以及耐压外壳，使其能随设备投放于一定深度的水下，且在水下并不工作。当设备意外浮出时，在电导和压力开关的作用下，设备上电工作，传回所在的位置信息用于岸基跟踪；水上型通常采用防泼溅外壳且不安装开关，其主要安装在水上系统如浮标上并根据设定的间隔持续工作。上述产品在功能上较为单一，仅能传回GPS位置数据，且通用性较差：水上型产品无法作为水下型使用，水下型虽然可作为水上型使用，但由于其搭载了耐压外壳和开关，极大增加了其多用途使用成本。不仅如此，目前的设备由于采用一体性设计，使其功能单一，仅能作为信标使用且只能支持铱星通讯，这使其利用率较低，变相提高了应用成本。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供模块化组合的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统及装置，各功能模块可自由组合和增减，以同一功能模块也针对实际需求设计有多种型号，在各模块组合完毕后，将形成一个独立的系统进行使用。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，包括用于数据发送以及远程命令接收的定位通讯模块，所述定位通讯模块的外侧设置有第一壳体，所述定位通讯模块包括多层电路板，且多层电路板之间通过电气插件连接，所述定位通讯模块的底端设置有第一接头；所述第一壳体的上端为密闭结构，所述第一壳体的下端连接有第二壳体，所述第二壳体内设置有处理模块，所述处理模块的上端设置有能够与所述第一接头进行电连接的第二接头，所述处理模块包括上下布列的多层电路板，所述处理模块包括存储模块，所述处理模块用于对数据进行存储、处理、编码并控制定位通讯模块进行数据发送和远程命令接收，所述处理模块的下端同样设置有第一接头；所述第二壳体的下方设置有用于盛放电池模块的第三壳体，所述电池模块通过设置在其上的第二接头与所述处理模块连通，所述第三壳体的下方设置有一底盖壳体；所述第一壳体的下方设置有第一快速接口，所述第二壳体以及所述第三壳体的上下两侧均分别设置有第二快速接口和第一快速接口，所述底盖壳体上侧设置有第二快速接口，所述第二快速接口能够与对应的所述第一快速接口旋合连接，相邻两壳体之间均通过所述第一快速接口及所述第二快速接口旋合连接。

作为本发明技术方案的一种可选方案，该通讯系统还包括开关模块，所述开关模块外设置有第五壳体，所述开关模块分别通过第二接头及第一接头与对应的处理模块及电池模块连通，所述第五壳体分别通过第一快速接口及第二快速接口与第二壳体及第三壳体连接，所述第五壳体的外侧设置有第一金属触点及第二金属触点，所述开关模块响应于所述第一金属触点及所述第二金属触点的导通，当所述第一金属触点以及所述第二金属触点之间导通，所述开关模块控制所述电池模块断电，当所述第一金属触点及所述第二金属触点之间导通断开，所述开关模块控制所述电池模块与其余模块连通用于向系统供电。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第一接头为设置在对应模块下方的多个金属轨道，所述第二接头为设置在对应模块上方的多个金属触头，当两相邻的壳体通过对应的所述第一快速接口与所述第二快速接口旋合连接时，多个所述金属触头插入对应的所述金属轨道中，使得对应的两模块连通。

作为本发明技术方案的一种可选方案，位于同一壳体内的多层电路板上设置有多个固定柱，多层所述电路板平行设置，且多层所述电路板上均设置有多个连接孔，多个所述固定柱插接在对应的两相邻电路板的所述连接孔中。

作为本发明技术方案的一种可选方案，还包括输入模块，所述输入模块通过上侧的第二接头与所述开关模块的第一接头连接，所述输入模块通过下侧的第一接头与所述电池模块的第二接头连接，所述输入模块设置在第四壳体内，所述第四壳体的上下两侧设置有用于与其他壳体连接的第一快速接口及第二快速接口，所述输入模块的侧壁上设置有伸出所述第四壳体的水密接头，所述水密接头能够与外接传感器或外部供电装置导通，当所述水密接头与所述外接传感器导通时，系统能够接收附加传感器数据；当所述水密接头与所述外部供电装置导通时，外部供电装置能够直接为系统供电。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第二接头的多个金属触头均包括支撑部以及连接部，所述支撑部固定设置在对应的电路板上，所述连接部设置在所述支撑部上，且所述连接部为一弯曲状接头，所述金属轨道上均设置有连接槽，连接时所述连接部插入对应的所述金属轨道的连接槽中，随两相邻的壳体的旋合，弯曲状的所述连接部逐渐被所述连接槽挤压发生形变使得所述连接部贴紧在所述连接槽中。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述处理模块的电路板上还集成有MCU单片机、电源模块、加速度倾斜模块、蓝牙模块以及磁力开关，所述处理模块能够对所述定位通讯模块数据、所述加速度倾斜模块数据以及通过所述输入模块导入的外部传感器数据进行存储、处理、编码并控制通讯模块进行数据发送和远程命令接受，所述蓝牙模块与处理终端连通，所述处理终端能够通过蓝牙模块对系统投放前参数进行设置。

本发明还公开了一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯装置，包括前述的通讯系统，还包括漂流浮标组件，所述漂流浮标组件包括浮球，所述浮球包括第一球体以及第二球体，所述第一球体与所述第二球体旋合连接，所述第二球体内设置有第一安装槽，所述通讯系统安装在所述第一安装槽中，且所述浮球通过钢缆连接有水帆。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第二球体内还设置有第二安装槽，所述第二安装槽内用于安装电池和/或配重块，所述第二安装槽内还设置有用于监测海水温度的温度传感器。

本发明的有益效果是：

本系统的主要创新点是采用了模块化组合的设计理念，将系统分为通讯模块、处理模块、开关模块、输入模块、电源模块等功能模块，各功能模块可自由组合和增减，以同一功能模块也针对实际需求设计有多种型号。如通讯模块可分为支持4G、铱星、北斗等通讯方式的多种功能模块，且有更适合的通讯方式出现时，可以很方便的进行改造升级。各模块之间采用通用的接口，可根据用户的实际应用需求进行搭配。在各模块组合完毕后，将形成一个独立的系统进行使用。该系统还可以通过搭载附件的方式进行应用扩展，如搭载漂流浮标附件，可将系统当作漂流浮标使用，真正实现成本可控，一物多用的设计理念。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，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1中用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1中用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统的爆炸视图。

图3为本发明实施例1中第一接头的结构示意图。

图4为本发明实施例2中用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统的结构示意图。

图5为本发明实施例3中用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统的结构示意图。

图6为本发明实施例3中浮球的局部剖视图。

附图标记：

110-定位通讯模块；111-第一接头；112-固定柱；113-连接孔；120-第一壳体；121-第一快速接口；210-处理模块；211-第二接头；2111-支撑部；2112-连接部；220-第二壳体；221-第二快速接口；320-第三壳体；420-底盖壳体；520-第五壳体；521-第一金属触点；522-第二金属触点；610-水密接头；620-第四壳体；700-漂浮浮标组件；710-浮球；711-第一球体；712-第二球体；7121-第一安装槽；7122-第二安装槽；720-钢缆；730-水帆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例公开了一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，如图1和图2所示，包括用于数据发送以及远程命令接收的定位通讯模块110，定位通讯模块110的外侧设置有第一壳体120，定位通讯模块110包括多层电路板，且多层电路板之间通过电气插件连接，定位通讯模块110的底端设置有第一接头111；第一壳体120的上端为密闭结构，第一壳体120的下端连接有第二壳体220，第二壳体220内设置有处理模块210，处理模块210的上端设置有能够与第一接头111进行电连接的第二接头211，处理模块210包括上下布列的多层电路板，处理模块210包括存储模块，处理模块210用于对数据进行存储、处理、编码并控制定位通讯模块110进行数据发送和远程命令接收，处理模块210的下端同样设置有第一接头；第二壳体220的下方设置有用于盛放电池模块的第三壳体320，电池模块通过设置在其上的第二接头与处理模块210连通，第三壳体320的下方设置有一底盖壳体420。

在实际的应用中，第一壳体120为圆柱形塑料或钛合金材质可选，对应耐压350或7000米，可应用于近岸或远海，支持海洋全水深投放。定位通讯模块110内部设计了多层电路板，电路板上集成天线、GNSS、通讯电路和相应通讯芯片。其中通讯芯片可使用4G、铱星、被动等方式，且有更适合的通讯方式出现时，可以很方便的进行改造升级。每种方式对应一个子模块，该子模块通过电器元件插设在对应的电路板上，用户可根据实际需求进行选择购买适配的组合方式。第三壳体的上方设计有可打开的电池盖，其高度和内部开槽可安装单排的Saft LS14500 3.6V锂电池，以便在不适用外部供电时为整个系统提供电量。电池模块可根据系统工作时间安装多个（并联方式），只需要很方便的连接好即可。

同一壳体内的电路板之间则通过电器元件进行插接，不同壳体的各模块之间通过第一接头及第二接头进行连接，壳体之间采用可拆卸地连接方式，使得该系统可根据用户的实际应用需求进行搭配，在各模块组合完毕后，将形成一个独立的系统进行使用，其适用性更强，成本及需求可控。

在实际的使用过程中，各壳体之间采用方便拆卸的连接方式即可满足需求，本方案给出了其中一种较佳的方式，在本方案中，如图2所示，第一壳120体的下方设置有第一快速接口121，第二壳体220以及第三壳体320的上下两侧均分别设置有第二快速接口221和第一快速接口，底盖壳体420上侧设置有第二快速接口，第二快速接口能够与对应的第一快速接口旋合连接，相邻两壳体之间均通过第一快速接口及第二快速接口旋合连接。对应的，第一接头111为设置在对应模块下方的多个金属轨道，第二接头211为设置在对应模块上方的多个金属触头，当两相邻的壳体通过对应的第一快速接口121与第二快速接口221旋合连接时，多个金属触头插入对应的金属轨道中，使得对应的两模块连通。

在这种方案中，相邻的两壳体之间通过第一快速接口121以及第二快速接口221旋合的方式进行连接，在旋合的过程中，对应的金属插头逐渐插入对应的金属轨道中，使得相邻两壳体内的两模块连通，完成模块间的连接。在实际的使用过程中，为保证两壳体间连接的有效性及设备整体的密闭性，可在第一快速接口及第二快速接口的连接处设置O型密封圈。

一种更好的方式是，如图3所示，第二接头211的多个金属触头均包括支撑部2111以及连接部2112，支撑部2111固定设置在对应的电路板上，连接部2112设置在支撑部2111上，且连接部2112为一弯曲状接头，金属轨道上均设置有连接槽，连接时连接部插入对应的金属轨道的连接槽中，随两相邻的壳体的旋合，弯曲状的连接部逐渐被连接槽挤压发生形变使得连接部贴紧在连接槽中。

在这种方案中，随着相邻两壳体的旋合连接，连接部2112逐渐挤入连接槽中，且随着两壳体的不断旋合，弯折的连接部被连接槽挤压发生形变，使得该连接部与金属轨道始终保持连接，保证了金属接头与金属轨道连接的有效性，进而保证了相邻两壳体之间模块电连接的有效性。

在以上的技术方案中，位于同一壳体内的多层电路板之间通过电器元件的插接实现电连接，为了保证各层电路板之间的稳定性，进而保证电连接的有效性，在本方案中，位于同一壳体内的多层电路板上设置有多个固定柱112，多层电路板平行设置，且多层电路板上均设置有多个连接孔113，多个固定柱112插接在对应的两相邻电路板的连接孔113中，实际的应用中，固定柱和对应连接孔的个数优选为3个。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，如图4所示，该通讯系统还包括开关模块，开关模块外设置有第五壳体520，开关模块分别通过第二接头及第一接头与对应的处理模块210及电池模块连通，第五壳体520分别通过第一快速接口及第二快速接口与第二壳体220及第三壳体320连接，第五壳体520的外侧设置有第一金属触点521及第二金属触点522，开关模块响应于第一金属触点521及第二金属触点522的导通，当第一金属触点521以及第二金属触点522之间导通，开关模块控制电池模块断电，当第一金属触点521及第二金属触点522之间导通断开，开关模块控制电池模块与其余模块连通用于向系统供电。

该模块的主要作用是当其没入海水，两个金属触点被可导电的海水导通时，断开系统电源。也就是说当该系统用于水下环境时，使用该模块将电源切断以节省电量。当安装该系统的设备如潜标或海床基意外浮出水面时，两个金属触点断开，接通电源，整个系统工作，发回位置、姿态等信息。

另外本实施例的一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统还包括输入模块，输入模块通过上侧的第二接头与开关模块的第一接头连接，输入模块通过下侧的第一接头与电池模块的第二接头连接，输入模块设置在第四壳体620内，第四壳体620的上下两侧设置有用于与其他壳体连接的第一快速接口及第二快速接口，输入模块的侧壁上设置有伸出第四壳体的水密接头610，水密接头能够与外接传感器或外部供电装置导通，当水密接头与外接传感器导通时，系统能够接收附加传感器数据；当水密接头与外部供电装置导通时，外部供电装置能够直接为系统供电。

在实际使用的过程中，附加传感器输入使用标准的RS232通讯协议，系统可直接接收附加传感器输入的如温度、盐度、深度等数据，并根据用户设置进行存储、发送等操作。同时，在某些不需要安装电池的使用环境中，可通过水密接头直接为整个系统进行供电，以减少系统体积，延长系统的使用时间。该功能在浮标或漂流浮标组件上具有很强的实际应用性。

其中，处理模块的电路板上还集成有MCU单片机、电源模块、加速度倾斜模块、蓝牙模块以及磁力开关，处理模块能够对定位通讯模块数据、加速度倾斜模块数据以及通过输入模块导入的外部传感器数据进行存储、处理、编码并控制通讯模块进行数据发送和远程命令接受，蓝牙模块与处理终端连通，处理终端能够通过蓝牙模块对系统投放前参数进行设置。在实际使用的过程中，处理终端可以是手机、平板电脑等便携式具有蓝牙连接功能的设备。

实施例3

本实施例是一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯装置，如图5和图6所示，包括前述的通讯系统，还包括漂流浮标组件700，漂流浮标组件700包括浮球710，浮球包括第一球体711以及第二球体712，第二球体712内设置有第一安装槽7121，第二球体712上部旋合有带O型圈的密封透明的第一球体，通讯系统安装在第一安装槽7121中，且浮球710通过钢缆720连接有水帆730，第二球体712内还设置有第二安装槽，第二安装槽内用于安装电池和/或配重块，第二安装槽内还设置有用于监测海水温度的温度传感器。

在这种方案中，用户可根据系统投放长短选择是否安装电池，如需在第二安装槽中安装电池，则系统需要加装输入模块且不需要安装电池模块。如不安装电池，将使用电池模块提供电量，并在第二安装槽的位置安装配重块。在实际使用的过程中，该装置可作为漂流浮标使用，并根据投放时间长短和是否需要海表面温度数据自由选择是否加装电池模块和输入模块。真正实现成本可控，一物多用的设计理念。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，包括用于数据发送以及远程命令接收的定位通讯模块，所述定位通讯模块的外侧设置有第一壳体，所述定位通讯模块包括多层电路板，且多层电路板之间通过电气插件连接，所述定位通讯模块的底端设置有第一接头；所述第一壳体的上端为密闭结构，所述第一壳体的下端连接有第二壳体，所述第二壳体内设置有处理模块，所述处理模块的上端设置有能够与所述第一接头进行电连接的第二接头，所述处理模块包括上下布列的多层电路板，所述处理模块包括存储模块，所述处理模块用于对数据进行存储、处理、编码并控制定位通讯模块进行数据发送和远程命令接收，所述处理模块的下端同样设置有第一接头；所述第二壳体的下方设置有用于盛放电池模块的第三壳体，所述电池模块通过设置在其上的第二接头与所述处理模块连通，所述第三壳体的下方设置有一底盖壳体；所述第一壳体的下方设置有第一快速接口，所述第二壳体以及所述第三壳体的上下两侧均分别设置有第二快速接口和第一快速接口，所述底盖壳体上侧设置有第二快速接口，所述第二快速接口能够与对应的所述第一快速接口旋合连接，相邻两壳体之间均通过所述第一快速接口及所述第二快速接口旋合连接。

2.根据权利要求1所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，该通讯系统还包括开关模块，所述开关模块外设置有第五壳体，所述开关模块分别通过第二接头及第一接头与对应的处理模块及电池模块连通，所述第五壳体分别通过第一快速接口及第二快速接口与第二壳体及第三壳体连接，所述第五壳体的外侧设置有第一金属触点及第二金属触点，所述开关模块响应于所述第一金属触点及所述第二金属触点的导通，当所述第一金属触点以及所述第二金属触点之间导通，所述开关模块控制所述电池模块断电，当所述第一金属触点及所述第二金属触点之间导通断开，所述开关模块控制所述电池模块与其余模块连通用于向系统供电。

3.根据权利要求1所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，所述第一接头为设置在对应模块下方的多个金属轨道，所述第二接头为设置在对应模块上方的多个金属触头，当两相邻的壳体通过对应的所述第一快速接口与所述第二快速接口旋合连接时，多个所述金属触头插入对应的所述金属轨道中，使得对应的两模块连通。

4.根据权利要求1所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，位于同一壳体内的多层电路板上设置有多个固定柱，多层所述电路板平行设置，且多层所述电路板上均设置有多个连接孔，多个所述固定柱插接在对应的两相邻电路板的所述连接孔中。

5.根据权利要求2所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，还包括输入模块，所述输入模块通过上侧的第二接头与所述开关模块的第一接头连接，所述输入模块通过下侧的第一接头与所述电池模块的第二接头连接，所述输入模块设置在第四壳体内，所述第四壳体的上下两侧设置有用于与其他壳体连接的第一快速接口及第二快速接口，所述输入模块的侧壁上设置有伸出所述第四壳体的水密接头，所述水密接头能够与外接传感器或外部供电装置导通，当所述水密接头与所述外接传感器导通时，系统能够接收附加传感器数据；当所述水密接头与所述外部供电装置导通时，外部供电装置能够直接为系统供电。

6.根据权利要求3所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特特征在于，所述第二接头的多个金属触头均包括支撑部以及连接部，所述支撑部固定设置在对应的电路板上，所述连接部设置在所述支撑部上，且所述连接部为一弯曲状接头，所述金属轨道上均设置有连接槽，连接时所述连接部插入对应的所述金属轨道的连接槽中，随两相邻的壳体的旋合，弯曲状的所述连接部逐渐被所述连接槽挤压发生形变使得所述连接部贴紧在所述连接槽中。

7.根据权利要求5所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯系统，其特征在于，所述处理模块的电路板上还集成有MCU单片机、电源模块、加速度倾斜模块、蓝牙模块以及磁力开关，所述处理模块能够对所述定位通讯模块数据、所述加速度倾斜模块数据以及通过所述输入模块导入的外部传感器数据进行存储、处理、编码并控制通讯模块进行数据发送和远程命令接受，所述蓝牙模块与处理终端连通，所述处理终端能够通过蓝牙模块对系统投放前参数进行设置。

8.一种用于多场景海洋数据回传的全球通讯装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的通讯系统，还包括漂流浮标组件，所述漂流浮标组件包括浮球，所述浮球包括第一球体以及第二球体，所述第一球体与所述第二球体旋合连接，所述第二球体内设置有第一安装槽，所述通讯系统安装在所述第一安装槽中，且所述浮球通过钢缆连接有水帆。

9.根据权利要求8所述的用于多场景海洋数据回传的全球通讯装置，其特征在于，所述第二球体内还设置有第二安装槽，所述第二安装槽内用于安装电池和/或配重块，所述第二安装槽内还设置有用于监测海水温度的温度传感器。

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