CN204215192U - 一种用于港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统。本实用新型中风机与风光互补控制器电源连接，太阳能板与风光互补控制器电源连接，风光互补控制与蓄电池电源连接，风光互补控制与CotexM0单片机信号连接，蓄电池与电源变换模块电源连接，CotexM0单片机与磁感应开关连接，CotexM0单片机与SDHC存储卡信号连接，CotexM0单片机与铱星模块信号连接，CotexM0单片机与第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器、浮标控制装置信号连接。本实用新型可以同时检测多路水质传感器，支持本地大容量存储和铱星通信数据传输，还可用铱星通信方式对浮标体进行远程控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及以港口岸线水环境多参数监测为主要功能的浮标监控系统，是一种用于港口岸线环境下浮标内所用的数据采集与控制装置。
背景技术
港口岸线是指已有港区、规划港区和其他用于港航设施建设的一定范围的水域与陆域。港口岸线是港口建设的基础性资源，是国家的宝贵战略资源。港口岸线是不可再生的稀缺资源，也是港口经济发展的生命线，对于海洋资源的开发与保护要从对港口岸线的开发与保护开始。港口岸线的水环境浮标监测系统可以完善海洋生态环境监测体系、防灾减灾预警预报系统、重大海洋污染事件应急处理机制等，因此具有非常重要的现实意义。目前港口岸线资源规划和开发利用的前期调查工作，基本上都是通过船载拖曳式探测进行的，对水文、生态等评估都是只在一个阶段时间进行的，无法在对港口岸线评估、规划、开发和利用的全过程中实现水环境多参数剖面监测。在港口岸线开发利用过程中，也无法对潜在的危险和危害进行实时监测和预警，因此无法满足“智慧海洋”的建设预期。因此本实用新型提供了一种港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统，以满足港口岸线水环境多参数监测、远程数据传输与浮标体可程控的需求。在我国广阔的港口岸线环境条件下，存在着充沛的风能和太阳能。风能和太阳能都是洁净的可再生能源，但是其单独利用受季节性和地域性影响差异较大，而风光互补供电技术能结合风能和太阳能的优势。风能与太阳能在统计上存在互补的特性：白天晴朗天气下太阳能丰富，风雨天气下风能可以补偿太阳能的短缺；夜晚太阳能无法提供能源，但是风能在夜晚却还可以发挥作用。这种风光互补供电特性可以避免单一风能或者太阳能供电能量持续性不足的缺点，从而有效整合利用自然能源。因此本实用新型提供一种以风光互补供电作为浮标系统长期不间断能源的港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种用于港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统。
本实用新型所采取的具体技术方案：
本实用新型包括风机、太阳能板、风光互补控制器、磁感应开关、SDHC存储卡、CotexM0单片机、铱星模块、蓄电池、电源变换模块、第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器和浮标控制装置。
所述的风机与风光互补控制器电源连接，太阳能板与风光互补控制器电源连接，风光互补控制与蓄电池电源连接，风光互补控制与CotexM0单片机信号连接，蓄电池与电源变换模块电源连接，电源变换模块与CotexM0单片机、磁感应开关、铱星模块电源、SDHC存储卡、浮标控制装置电源连接，CotexM0单片机与磁感应开关连接，CotexM0单片机与SDHC存储卡信号连接，CotexM0单片机与铱星模块信号连接，CotexM0单片机与第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器、浮标控制装置信号连接。
所述的风光互补控制器包括风机接口、太阳能接口、AC/DC变换电路、BOOST斩波电路、第一驱动电路、第一检测电路、核心处理模块、第二驱动电路、第二检测电路、BUCK斩波电路、负载控制模块和外接负载接口。
BOOST斩波电路通过AC/DC变换电路与风机接口信号连接，太阳能接口直接与BUCK斩波电路信号连接。
第一检测电路的输出端接第BOOST斩波电路输入端，第一检测电路输出端接核心处理模块；核心处理模块通过第一驱动电路驱动BOOST斩波电路。
第二检测电路的输出端接BUCK斩波电路输入端，第二检测电路输出端接核心处理模块；核心处理模块通过第二驱动电路驱动BUCK斩波电路。
外接负载接口通过负载控制模块与核心处理模块连接。
与背景技术相比，本实用新型有益效果在于：本实用新型可以同时检测多路水质传感器，支持本地大容量存储和铱星通信数据传输，还可用铱星通信方式对浮标体进行远程控制。
附图说明
图1为本实用新型的总体结构示意图。
图2为本实用新型的风光互补控制器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
本实用新型所述的港口岸线水环境多参数监测浮标的监控系统包括风机、太阳能板、风光互补控制器、磁感应开关、SDHC存储卡、CotexM0单片机、铱星模块、蓄电池、电源变换模块、水质传感器1、水质传感器2、水质传感器3和浮标控制装置。
如图1所示，所述的风机与风光互补控制器电源连接，太阳能板与风光互补控制器电源连接，风光互补控制与蓄电池电源连接，风光互补控制与CotexM0单片机信号连接，蓄电池与电源变换模块电源连接，电源变换模块与CotexM0单片机、磁感应开关、铱星模块电源、SDHC存储卡、浮标控制装置电源连接，CotexM0单片机与磁感应开关信号连接，CotexM0单片机与SDHC存储卡信号连接，CotexM0单片机与铱星模块信号连接，CotexM0单片机与水质传感器1、水质传感器2、水质传感器3、浮标控制装置信号连接。风机在风力推动下产生三相交流电，太阳能板在太阳照射下产生直流电，所述的风光互补控制器将风机输出电源和太阳能板输出电源转换为安全可靠电能并高效地传输给蓄电池，蓄电池电压为12V。蓄电池通过电源变换模块变为5V和3.3V电压等级供给磁感应开关、SDHC存储卡、CotexM0单片机、铱星模块和浮标控制装置。CotexM0单片机按定时采集水质传感器1、水质传感器2、水质传感器3的传感数据，存储到SDHC存储卡中，并通过铱星模块发送到远程服务器。远程服务器为一台能够连接互联网的计算机，通过数据收发实现远程数据收集与传送。远程服务器也可以发送指令给铱星模块，进而传送到CotexM0单片机，CotexM0单片机输出控制实现对浮标控制装置的远程控制，CotexM0单片机的4路IO输出可以单独控制4路不同的浮标控制量。磁感应开关作为整个系统正常工作的开启开关，只要在磁感应开关处放置磁铁就可以关闭CotexM0单片机的采集传输功能，正常应用情况下只要取出磁铁即可。所述的太阳能板、风机和蓄电池采用无锡乃尔风电技术开发有限公司提供的成熟产品，太阳能板指标为120W/12V，风机指标为300W/12V，蓄电池指标为200Ah/12V。
港口岸线的水环境多参数传感数据包括温度、电导率、盐度、酸碱度、氧化还原电位、溶解氧、浊度、叶绿素、蓝绿藻等，实际应用时必须根据不同的应用需求选择不同的传感器组合。本实用新型所述的监控系统提供了多路数据接口，可以实现各种传感数据的高速实时采集；传感数据自存储容量大，并兼有铱星通信远程传输功能；具有远程控制功能，可以通过铱星通信远程遥控浮标控制装置；待机功耗低，可设置传感数据的采样频率，因此可以满足港口岸线水环境多参数浮标监测的需求。
如图2所示，所述的风光互补控制器包括风机接口、太阳能接口、AC/DC变换、BOOST斩波电路、驱动电路1、检测电路1、核心处理模块、驱动电路2、检测电路2、BUCK斩波电路、负载控制模块、外接负载接口和蓄电池接口。风光互补控制器可以智能控制风力发电机和太阳能电池板，将风能和太阳能转化为电能供浮标微系统使用，并将多余的电能存储到蓄电池中，以满足整个监测浮标系统长期不间断工作的能源需求。风机产生的三相交流电，通过AC/DC变换转换成为直流电，该直流电压比蓄电池电压低，需采用BOOST斩波电路抬高电压对蓄电池充电。由于控制BOOST斩波电路开关管的PWM信号有特殊的要求，核心处理模块输出的PWM信号并不能满足，所以需要添加驱动电路1以抬高核心处理模块输出的PWM信号电压，然后再用该PWM信号控制BOOST斩波电路。检测电路1主要采集风机整流后的输出电压值与风机回路的充电电流，根据此电压和电流值由核心处理模块做出进一步的控制。太阳能板的输出为电压较高的直流电，采用BUCK斩波电路进行降压对蓄电池充电。核心控制电路输出的PWM信号逻辑电平为3.3V，它对开关管MOS的驱动能力不足。驱动电路2受到核心控制电路PWM信号的激励，从而产生与核心控制电路基本同步的新PWM信号，逻辑电平可以达到10V及以上，峰值驱动电流可达2A，这足以驱动开关MOS管。检测电路2主要通过对输入电压信号进行分压方式检测电压，采用霍尔电流传感器进行充电电流检测。负载控制模块的主要功能是实现负载的功率输出控制，它受到核心处理模块的控制可以切断或加载负载。它还具有简单功率变换功能，可以实现全功率或半功率输出。
所述的风光互补控制器采用最大功率点跟踪方式（MPPT）控制风机和太阳能板对蓄电池进行充电，同时设计了太阳能电池防反冲、太阳能电池防反接、蓄电池过充电、蓄电池过放电、负载短路、过载、防雷、风机限流、风机自动刹车等保护功能，保证整体系统的长期可靠运行。根据实际应用估算，选择合适功率的风机、太阳能板和蓄电池，通过风光互补供电控制器为整个浮标系统提供安全智能的电源管理。
本实用新型的主要技术参数如下：
（1）水质传感器接口数为3路；
（2）浮标体控制点数为4路；
（3）数据传输采用铱星卫星通信；
（4）远程控制采用铱星卫星通信；
（5）本地存储容量最大支持32GB；
（6）采用磁感应开关实现开启控制；
本实用新型提供了一种适用于港口岸线应用场景的水环境多参数浮标监控系统，为港口岸线的科学监测、合理利用与实时保护提供一种实用方案和成熟产品。港口岸线水环境多参数浮标监控系统应用非常广泛，可应用于各种近海资源探测和海洋水体调查监测、近海岸与河流污染监测及灾害预测预警、近海渔业养殖细粒度监测等多个领域。
Claims (1)
1. 一种用于港口岸线水环境多参数监测的浮标监控系统，包括风机、太阳能板、风光互补控制器、磁感应开关、SDHC存储卡、CotexM0单片机、铱星模块、蓄电池、电源变换模块、第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器和浮标控制装置，其特征在于：
所述的风机与风光互补控制器电源连接，太阳能板与风光互补控制器电源连接，风光互补控制与蓄电池电源连接，风光互补控制与CotexM0单片机信号连接，蓄电池与电源变换模块电源连接，电源变换模块与CotexM0单片机、磁感应开关、铱星模块电源、SDHC存储卡、浮标控制装置电源连接，CotexM0单片机与磁感应开关连接，CotexM0单片机与SDHC存储卡信号连接，CotexM0单片机与铱星模块信号连接，CotexM0单片机与第一水质传感器、第二水质传感器、第三水质传感器、浮标控制装置信号连接；
所述的风光互补控制器包括风机接口、太阳能接口、AC/DC变换电路、BOOST斩波电路、第一驱动电路、第一检测电路、核心处理模块、第二驱动电路、第二检测电路、BUCK斩波电路、负载控制模块和外接负载接口；
BOOST斩波电路通过AC/DC变换电路与风机接口信号连接，太阳能接口直接与BUCK斩波电路信号连接；
第一检测电路的输出端接第BOOST斩波电路输入端，第一检测电路输出端接核心处理模块；核心处理模块通过第一驱动电路驱动BOOST斩波电路；
第二检测电路的输出端接BUCK斩波电路输入端，第二检测电路输出端接核心处理模块；核心处理模块通过第二驱动电路驱动BUCK斩波电路；
外接负载接口通过负载控制模块与核心处理模块连接。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN107517276A (zh) * | 2017-10-09 | 2017-12-26 | 广州海豹光电科技有限公司 | 一种风光互补水面网箱养殖综合监控平台 |
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