CN201994972U - 海底观测网节点电路控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种海底观测网节点电路控制系统，包括海岸基站和至少一个海底观测平台，所述海岸基站通过光电复合缆与所述的海底观测平台相连接，通过光电复合缆中的电缆向海底观测平台输出供电电源，并通过光电复合缆中的光纤与海底观测平台进行数据通讯。本实用新型的海底观测网节点电路控制系统通过组网，可以形成水下分布式传感器网络，实现对不同海域的不同海洋参数的实时采集。海岸基站通过光电复合缆不仅可以与分布在不同海域的海底观测平台进行数据通讯，而且可以为海底观测平台提供能源供给，从而确保了海底观测平台对海洋内部及海底的全天候、长期、连续的自动监测。
Description
技术领域
本实用新型属于海洋观测系统技术领域，具体地说，是涉及一种用于监测海洋生态环境的海底观测网络节点电路控制系统。
背景技术
目前人类对海洋尤其是深海的认识依然肤浅，主要原因在于缺乏有效的观测手段，特别是缺乏对发生在海洋内部和海底的地球物理、化学及生物等演化过程的观测手段。传统的海洋观测主要采用“母船+运动平台+观测仪器”的方式，获得的是有限时间内三维空间的数据。而发生于海洋内部以及海底的地球物理、化学以及生物等过程具有明显的包括时间和空间在内的四维特征，采用小区域短时间观测手段所获取的信息远远不能满足描述刻画这些过程的时空分辨率要求。为了全面了解这些过程，必须建立远距、广泛、连续和交互式的水下观测设备网络，实现实时、四维的水下观测。而现有的海洋探测装置和仪器还无法实现长时间的连续观测任务。
发明内容
本实用新型为了克服传统海洋探测装置和仪器无法进行连续观测的缺陷，提供了一种海底观测网节点电路控制系统，实现了对海洋的全天候、长期、连续的自动监测。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种海底观测网节点电路控制系统，包括海岸基站和至少一个海底观测平台，所述海岸基站通过光电复合缆与所述的海底观测平台相连接，通过光电复合缆中的电缆向海底观测平台输出供电电源，并通过光电复合缆中的光纤与海底观测平台进行数据通讯。
其中，在所述海底观测平台上设置有连接所述光电复合缆的节点控制舱、以及与所述节点控制舱相连接的执行机构和后备电源。
进一步的，在所述节点控制舱上设置有水密接头，通过水密接头连接所述的光电复合缆。
又进一步的，在所述节点控制舱中设置有节点控制板、搭载传感器、以太网交换机、高压电源模组和低压电源转换板；所述高压电源模组连接光电复合缆中的电缆，对接收到的供电电源进行降压变换后输出至低压电源转换板以生成海底观测平台上各低压用电负载所需的工作电源；所述节点控制板分别连接搭载传感器和以太网交换机，并通过以太网交换机连接光电复合缆中的光纤，进而与海岸基站建立通讯链路。
再进一步的，在所述节点控制舱中还设置有与所述节点控制板相连接的输入输出控制板，所述输入输出控制板同时与所述的搭载传感器相连接，反馈搭载传感器的电源状况给所述的节点控制板，并根据节点控制板输出的指令控制搭载传感器的电源通断。
此外，所述输入输出控制板还连接后备电源，控制后备电源在所述高压电源模组或低压电源转换板输出电源异常时，向海底观测平台上各低压用电负载输出工作电源，维持节点控制舱不间断运行。
更近一步的，所述输入输出控制板连接机械夹具等执行机构，所述节点控制板连接摄像头。
作为所述节点控制板的一种优选设计方案，在所述节点控制板上设置有中央处理器、以太网控制器、串口通讯电路和模数转换电路；所述中央处理器一方面通过以太网控制器连接以太网交换机，另一方面分别通过串口通讯电路和模数转换电路与不同类型的搭载传感器对应连接，接收搭载传感器反馈的采样数据。
进一步的，在所述节点控制板上还设置有输入输出控制接口，所述中央处理器通过所述的输入输出控制接口连接输入输出控制板。
优选的，所述摄像头可以直接与中央处理器相连接，将录制的视频图像反馈给中央处理器。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的海底观测网节点电路控制系统通过组网，可以形成水下分布式传感器网络，实现对不同海域的不同海洋参数的实时采集。海岸基站通过光电复合缆不仅可以与分布在不同海域的海底观测平台进行数据通讯，而且可以为海底观测平台提供能源供给，以确保海底观测平台能够对海洋内部及海底实施全天候、长期、连续的自动监测。此外，电路控制系统中留有的丰富通用接口，为不同层面海洋监测研究设备提供了差异性支持，为海洋科研人员远程长期获取海底实时观测信息提供了重要的技术支撑平台。
结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本实用新型所提出的海底观测网节点电路控制系统的整体架构图；
图2是图1中海底观测平台的组建结构框图；
图3是图2中节点控制板的组建结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
实施例一，参见图1所示，本实施例的海底观测网节点电路控制系统主要由海岸基站、光电复合缆和海底观测平台三部分组成。其中，海岸基站通过光电复合缆分别与分布在不同海域的海底观测平台对应连接，一方面通过光电复合缆中的电缆为各个海底观测平台提供能源供给，另一方面通过光电复合缆中的光纤与各个海底观测平台实现数据的双向通讯，由此构成了一个水下能源供给网络和数据通讯网络，克服了传统海洋探测装置和仪器无法进行连续观测的缺陷。
在本实施例的海底观测平台上设置有节点控制舱以及与其连接的后备电源和摄像头，如图2所示。在所述节点控制舱上设置有水密接头，连接所述的光电复合缆，以保持节点控制舱的内部封闭。在所述节点控制舱中设置有高压电源模组、低压电源转换板、节点控制板、以太网交换机、搭载传感器和输入输出控制板。所述光电复合缆在节点控制舱中分成电缆和光纤两部分，其中，电缆连接高压电源模组，将海岸基站提供的供电电源（比如6000VDC的直流高压电源）传输至高压电源模组进行降压变换，生成400VDC的直流电压输出至低压电源转换板。所述低压电源转换板将400VDC的直流电压转换成海底观测平台上各低压用电负载（比如节点控制板和输入输出控制板等）所需的工作电源（比如24VDC、12VDC和5VDC等），为各用电负载供电。所述节点控制板作为整个节点控制舱的控制核心，分别与以太网交换机、输入输出控制板、摄像头以及各种类型的搭载传感器对应连接。其中，节点控制板通过连接各种类型的搭载传感器实时采集海底的温度、压力、盐度等需要监测的数据信息，并通过连接摄像头定时拍摄海底观测平台中各仪器设备及海底周边环境状况的视频信息。节点控制板通过以太网交换机连接光电复合缆中的光纤，进而与海岸基站建立起数据双向通讯链路，把采集到的数据和视频定时地上传给海岸基站，并及时响应海岸基站发送给节点控制板的控制指令，接收系统的设置参数。
此外，节点控制板连接低压电源转换板的12VDC和5VDC能源接口，检测低压电源转换板输出的电源是否正常；并通过检测低压电源转换板的24VDC能源接口来判断高压电源模组是否正常。若系统主电源发生故障，则节点控制板通过输入输出控制板启动后备电源，通过后备电源输出海底观测平台上各低压用电负载所需的工作电源，维持系统正常工作，并将故障上报给海岸基站。
若系统主电源工作正常，则节点控制板通过检测输入输出控制板的电源反馈输入接口来判断系统中搭载传感器的电源是否正常，若搭载传感器的供电电源不正常，则节点控制板通过输入输出控制板的电源输出接口切断搭载传感器的供电电源，并将故障信息上报给海岸基站。
若搭载传感器的供电电源正常，则节点控制板通过输入输出控制板的输出接口控制执行机构动作，例如控制机械夹具在海底完成指定动作等。
所述输入输出控制板可以检测各种输入信号，以判断系统故障、传感器功耗、能源异常，并控制执行机构执行各种动作。
图3为所述节点控制板的一种具体组建结构，包括中央处理器、以太网控制器、串口通讯电路、模数转换电路和输入输出控制接口。其中，中央处理器是系统的核心控制单元，一方面通过以太网控制器连接以太网交换机，进行数据通讯；另一方面通过串口通讯电路和模数转换电路与不同类型的搭载传感器对应连接，进行海洋参数的实时采集；输入输出控制板通过输入输出控制接口与中央处理器连接通信。
下面对所述中央处理器的内部控制程序流程进行简要阐述。
首先，中央处理器对海底观测平台上的各功能模块进行初始化设置，中央处理器启动LINUX操作系统，加载硬件设置参数，调用内核。
其次，中央处理器判断是否接收到海岸基站发送的控制指令，若接收到控制指令则进行指令分析，根据不同的指令分别完成校准时钟、召唤数据、开关量控制、执行机构动作、故障处理以及开关视频监控等功能。当系统开启摄像头进行视频监控时，中央处理器完成对视频数据的处理及图像压缩任务，并将压缩后的视频图像通过以太网控制器上传给海岸基站。
若中央处理器没有接收到海岸基站发送的控制指令，则通过模数转换电路采集模拟搭载传感器的数据，例如温度、压力、盐度等数据；然后通过串口通讯电路采集数字搭载传感器的数据，例如海流、电子罗盘、叶绿素浊度等数据。中央处理器将采集到的搭载传感器的数据进行存储，定时通过以太网控制器经由以太网交换机和光电复合缆上报给海岸基站。
在整个系统运行的过程中，中央处理器实时地检测系统故障，并在发现故障时及时地上报给海岸基站。
显然，由于结构相似的缘故，本实用新型的海底观测网节点电路控制系统还可以推广应用到湖泊、江河、水库等其它水下观测网络节点的电控领域中。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：包括海岸基站和至少一个海底观测平台，所述海岸基站通过光电复合缆与所述的海底观测平台相连接，通过光电复合缆中的电缆向海底观测平台输出供电电源，并通过光电复合缆中的光纤与海底观测平台进行数据通讯。
2.根据权利要求1所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述海底观测平台上设置有连接所述光电复合缆的节点控制舱、以及与所述节点控制舱相连接的执行机构和后备电源。
3.根据权利要求2所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述节点控制舱上设置有水密接头，通过水密接头连接所述的光电复合缆。
4.根据权利要求2所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述节点控制舱中设置有节点控制板、搭载传感器、以太网交换机、高压电源模组和低压电源转换板；所述高压电源模组连接光电复合缆中的电缆，对接收到的供电电源进行降压变换后输出至低压电源转换板以生成海底观测平台上各低压用电负载所需的工作电源；所述节点控制板分别连接搭载传感器和以太网交换机，并通过以太网交换机连接光电复合缆中的光纤。
5.根据权利要求4所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述节点控制舱中还设置有与所述节点控制板相连接的输入输出控制板，所述输入输出控制板同时与所述的搭载传感器相连接。
6.根据权利要求5所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：所述输入输出控制板连接后备电源，控制后备电源在所述高压电源模组或低压电源转换板输出电源异常时，输出工作电源至海底观测平台上的各低压用电负载。
7.根据权利要求6所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：所述输入输出控制板连接机械夹具，所述节点控制板连接摄像头。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述节点控制板上设置有中央处理器、以太网控制器、串口通讯电路和模数转换电路；所述中央处理器一方面通过以太网控制器连接以太网交换机，另一方面分别通过串口通讯电路和模数转换电路与不同类型的搭载传感器对应连接。
9.根据权利要求8所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：在所述节点控制板上还设置有输入输出控制接口，所述中央处理器通过所述的输入输出控制接口连接输入输出控制板。
10.根据权利要求8所述的海底观测网节点电路控制系统，其特征在于：所述中央处理器连接摄像头。
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