CN204705716U - 基于北斗定位系统的水下信标装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于北斗定位系统的水下信标装置。解决了浮标安全回收的问题，技术方案为：信标壳体内配设有电源单元、传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元，传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元均由电源单元供电，数据存储单元和北斗数据收发单元、传感器单元均与主控单元电连接，电源单元包括12V/15Ah聚合物锂电池、北斗供电单元、主供电单元和电源监测单元，12V/15Ah聚合物锂电池通过电源监测单元与主控单元电连接，12V/15Ah聚合物锂电池通过北斗供电单元分别与传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元电连接，12V/15Ah聚合物锂电池通过主供电单元与主控单元电连接。
Description
技术领域
本实用新型是一种浮标报警定位系统，特别是涉及一种基于北斗定位系统的水下信标装置。
背景技术
我国是一个海洋大国，拥有18000多公里的漫长海岸线，6500多个沿海岛屿，海域辽阔，资源丰富。基于水下环境监测设备的海洋环境监测对于利用海洋，开发海洋，保护海洋环境、防灾减灾和保卫国家海上主权都有着重要作用。水下环境监测设备应用领域广泛，种类繁多，如海床基观测平台、ROV、AUV等。大多数水下监测设备虽只是一个观测平台，但是搭载了很多精密昂贵的探测仪器、声通信设备、定位和卫星通信设备造价昂贵，造价通常在数百万元。但是在很多实际应中，水下监测设备往往会由于自身故障，或是外力碰撞等客观原因造成出现意外上浮，甚至是失踪的情况，给企业和国家带来巨大损失。为了防止由于意外上浮而造成重大损失。
中国专利CN201320328578.0公开了一种采用卫星通信终端的回收定位装置，其包括：保温泡沫上盖、保温泡沫下盖、轴承、滑动导轨、GPS接收天线、卫星通信天线、信标装置及滑块；其中，所述轴承布设在所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖之间；所述滑动导轨为圆环轨道，其通过所述轴承旋转；所述信标装置通过所述滑块安装在所述滑动导轨的圆环内部，所述滑块在滑动导轨上可以自由滑动；所述GPS接收天线和卫星天线安装在信标装置之上，分别用于接收GPS定位信息和用于向外部发送定位信息。此类技术虽然可以在一般设备上进行实施，但是，此技术方案不适应海洋观测设施。
实用新型内容
本实用新型的目的是为解决目前的技术方案存在不适应海洋观测设施的问题，提供一种基于北斗定位系统的水下信标装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于北斗定位系统的水下信标装置，包括信标壳体，所述信标壳体内配设有电源单元、传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元，所述传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元均由电源单元供电，所述数据存储单元和北斗数据收发单元、传感器单元均与所述的主控单元电连接，所述电源单元包括12V/15Ah聚合物锂电池、北斗供电单元、主供电单元和电源监测单元，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过电源监测单元与所述的主控单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过北斗供电单元分别与传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过主供电单元与所述主控单元电连接。北斗信标通常搭载于各种水下监测平台之上，随平台下潜之前打开系统电源，随平台下潜之后北斗信标会自动进入低功耗工作模式中，在该状态下仅靠自身携带的锂电池供电最高可以在水下工作一年时间，当水下监测平台发生意外上浮事件后，北斗信标自身携带的传感器检测到浮出水面信息，控制器会将系统转入正常工作模式，此时系统会自动打开北斗信标的内部北斗定位装置，向中心站发送当前信标所处位置及时间信息，信息发送按照一定发送频率进行，同时北斗信标还可以接收中心站发送的各种指令。北斗信标向中心站发送定位信息直到内部锂电池电量耗尽。
作为优选，所述的传感器单元包括湿度传感器、温度传感器和压力传感器，所述湿度传感器、温度传感器和压力传感器均与所述的主控单元电连接。压力传感器：该传感器采用美国measurement的89BSD-030BA-A，主要用来采集外部水压。压力范围：0-30BAR，供电电压：1.8-3.6V，ADC：24bit，LOW POWER：<1uA，精度：±0.3％，接口方式：I2C，温度传感器：该传感器采用AD7416，主要用于采集系统内部温度。温度范围：-55℃-+125℃，供电电压：2.7v-5.5v，分辨率：10bit，接口方式：I2C，湿度传感器：该传感器采用SHT10湿度传感器，主要用于采集系统内部湿度。湿度范围：0-100％RH，供电电压：2.4V-5.5V，分辨率：8–12bit，接口方式：串行两线。
作为优选，所述北斗数据收发单元包括北斗传输模块，MCU和数据存储卡，所述北斗传输模块为江苏星宇芯联电子科技有限公司的GNM2A12北斗模块，数据存储卡为8GTF卡，所述MCU为TI公司的MSP430F2232IDA芯片，所述北斗传输模块和数据存储卡均与所述的MCU电连接，所述MCU与所述的主控单元电连接。北斗传输模块：北斗模块采用江苏星宇芯联电子科技有限公司的GNM2A12北斗模块，该模块为RDSS/RNSS双模模块，模块内部集成了高性能RDSS射频收发芯片、10W输出功率的功放模块、北斗专用RDSS基带电路，以及一款国产BD2B1/GPS L1小型化导航定位模块，可实现RDSS定位、通信功能和RNSS导航定位等功能。MCU：MCU采用TI公司的MSP430F2232IDA作为发射机的主控芯片，该芯片是TI公司推出的一款16位高性能采用RISC架构的MCU。芯片采用1.8V-3.6V低电压供电，这就保证了主控芯片在不牺牲处理速度的条件下大大降低功耗，该芯片在低功耗模式3下采用3.0V供电时典型功耗仅为2.1uA。独特的低功耗设计以及丰富的内部资源使得该芯片特别适用于手持设备、移动设备、野外依靠电池供，完全能够满足项目需求。数据存储卡：采用的是8GTF卡，该卡体积小容量大，可以存储10年以上数据，数据接口采用SPI接口，方便与MCU进行数据传输。
作为优选，所述压力传感器型号为美国measurement的89BSD-030BA-A，所述温度传感器型号为AD7416，湿度传感器为SHT10湿度传感器。
本实用新型的实质性效果是：本实用新型可以搭载在各种水下监测平台上，一旦发生水下监测平台的意外上浮，则该北斗信标会自动打开北斗传输系统向中心站发送当前的时间和位置信息，以便于及时搜寻上浮设备。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的电路模块图；
图3是本实用新型使用时候的流程图。
图中：1、内置北斗天线，2、天线支撑板，3、北斗数据收发单元，4、主控单元，5、电源单元，6、传感器单元，7、数据存储单元。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
实施例1：
一种基于北斗定位系统的水下信标装置(参见附图1、附图2和附图3)，包括信标壳体，壳体上部配设有天线支撑板2，天线支撑板上放置内置北斗天线1，所述信标壳体内配设有电源单,5、传感器单元6、数据存储单元7、主控单元4和北斗数据收发单元3，所述传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元均由电源单元供电，所述数据存储单元和北斗数据收发单元、传感器单元均与所述的主控单元电连接，所述电源单元包括12V/15Ah聚合物锂电池、北斗供电单元、主供电单元和电源监测单元，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过电源监测单元与所述的主控单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过北斗供电单元分别与传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过主供电单元与所述主控单元电连接。所述的传感器单元包括湿度传感器、温度传感器和压力传感器，所述湿度传感器、温度传感器和压力传感器均与所述的主控单元电连接。所述北斗数据收发单元包括北斗传输模块，MCU和数据存储卡，所述北斗传输模块为江苏星宇芯联电子科技有限公司的GNM2A12北斗模块，数据存储卡为8GTF卡，所述MCU为TI公司的MSP430F2232IDA芯片，所述北斗传输模块和数据存储卡均与所述的MCU电连接，所述MCU与所述的主控单元电连接。所述压力传感器型号为美国measurement的89BSD-030BA-A，所述温度传感器型号为AD7416，湿度传感器为SHT10湿度传感器。
北斗信标通常搭载于各种水下监测平台之上，随平台下潜之前打开系统电源，随平台下潜之后北斗信标会自动进入低功耗工作模式中，在该状态下仅靠自身携带的锂电池供电最高可以在水下工作一年时间，当水下监测平台发生意外上浮事件后，北斗信标自身携带的传感器检测到浮出水面信息，控制器会将系统转入正常工作模式，此时系统会自动打开北斗信标的内部北斗定位装置，向中心站发送当前信标所处位置及时间信息，信息发送按照一定发送频率进行，同时北斗信标还可以接收中心站发送的各种指令。北斗信标向中心站发送定位信息直到内部锂电池电量耗尽。
压力传感器：该传感器采用美国measurement的89BSD-030BA-A，主要用来采集外部水压。压力范围：0-30BAR，供电电压：1.8-3.6V，ADC：24bit，LOW POWER：<1uA，精度：±0.3％，接口方式：I2C，温度传感器：该传感器采用AD7416，主要用于采集系统内部温度。温度范围：-55℃-+125℃，供电电压：2.7v-5.5v，分辨率：10bit，接口方式：I2C，湿度传感器：该传感器采用SHT10湿度传感器，主要用于采集系统内部湿度。湿度范围：0-100％RH，供电电压：2.4V-5.5V，分辨率：8–12bit，接口方式：串行两线。
北斗传输模块：北斗模块采用江苏星宇芯联电子科技有限公司的GNM2A12北斗模块，该模块为RDSS/RNSS双模模块，模块内部集成了高性能RDSS射频收发芯片、10W输出功率的功放模块、北斗专用RDSS基带电路，以及一款国产BD2B1/GPS L1小型化导航定位模块，可实现RDSS定位、通信功能和RNSS导航定位等功能。MCU：MCU采用TI公司的MSP430F2232IDA作为发射机的主控芯片，该芯片是TI公司推出的一款16位高性能采用RISC架构的MCU。芯片采用1.8V-3.6V低电压供电，这就保证了主控芯片在不牺牲处理速度的条件下大大降低功耗，该芯片在低功耗模式3下采用3.0V供电时典型功耗仅为2.1uA。独特的低功耗设计以及丰富的内部资源使得该芯片特别适用于手持设备、移动设备、野外依靠电池供，完全能够满足项目需求。数据存储卡：采用的是8GTF卡，该卡体积小容量大，可以存储10年以上数据，数据接口采用SPI接口，方便与MCU进行数据传输。
本实施例可以搭载在各种水下监测平台上，一旦发生水下监测平台的意外上浮，则该北斗信标会自动打开北斗传输系统向中心站发送当前的时间和位置信息，以便于及时搜寻上浮设备。
具体实施过程如下：
本实施例系统上电后进入初始状态，初始状态下系统打开北斗系统进行初始定位，初次定位的时间信息作为系统的时间基准，初次定位获取的位置和时间信息、信号强度信息存入TF卡中，初次定位信息获取失败则会继续进行定位信息获取，连续获取信息三次不成则功蜂鸣器发出急促报警提示音“嘀嘀-嘀嘀-嘀嘀”，间隔1秒后再次发出报警提示音，连续发出3次，第三次报警提示响过后开始打开压力传感器获取当前压力值。
获取定位信息后依次打开压力传感器获取当前压力值，判断当前压力值是否正常，如果正常则存入TF卡后当前压力值作为标定值存入TF卡中，如果异常则蜂鸣器发出急促报警提示音“嘀嘀-嘀嘀-嘀嘀”，间隔1秒后再次发出报警提示音，连续发出3次，第3次报警提示响过后关闭压力传感器并打开温度传感器。
获取当前温度值后判断温度是否正常，如果正常则将当前温度值存入TF卡中，如果异常则存入TF卡后蜂鸣器发出急促报警提示音“嘀嘀-嘀嘀-嘀嘀”，间隔1秒后再次发出报警提示音，连续发出3次，第3次报警提示响过后关闭温度传感器并打开湿度传感器。
获取当前湿度值后判断湿度是否正常，如果正常则将当前湿度值存入TF卡中，如果异常则存入TF卡后蜂鸣器发出急促报警提示音“嘀嘀-嘀嘀-嘀嘀”，间隔1秒后再次发出报警提示音，连续发出3次，第3次报警提示响过后关闭湿度传感器并打开电池电量监测。
获取当前电量值后判断电量是否正常范围，如果正常则将当前电量值存入TF卡中，如果异常则存入TF卡后蜂鸣器发出急促报警提示音“嘀嘀-嘀嘀-嘀嘀”，间隔1秒后再次发出报警提示音，连续发出3次，第3次报警提示响过后关闭湿度传感器并打开电池电量监测。
电池电量获取完毕后从TF卡中将获取的北斗定位信息、信号强度信息、压力值、温度值、湿度值和电量信息打包发送给接收端，并在客户端软件做存储并显示。至此初始状态自检完成。
初始状态自检完成后系统蜂鸣器发出“嘀----嘀----嘀----”长鸣三下后进入低功耗工作状态(蜂鸣器提示音亦可作为系统上电提示音)。低功耗模式为模式3。在低功耗模式下，系统关闭北斗供电系统打开主供电单元。系统每15分钟从低功耗模式3下唤醒一次，每次醒来按照初始状态自检顺序依次打开压力传感器、温度传感器、湿度传感器和电量监测模块，每打开一种传感器要保证其余传感器处于关闭状态。将分别获取到的压力值，温度值，湿度值，电量值进行对比分析并存入TF卡中。如果电量值低于30％，则调整系统的唤醒频率由没15分钟唤醒一次改为每30分钟唤醒一次，根据压力值判断信标是否浮出水面，如果浮出水面则打开北斗供电单元，使系统进入正常工作状态。如果信标未浮出水面，则系统自动进入低功耗模式3等待系统下次唤醒。
信标浮出水面进入正常工作状态后，大部分时间系统处于低功耗模式3，当每个小时的整点时间到来时，系统打开北斗模块的供电单元，通过北斗模块获取当前定位信息和信号强度，之后按照初始状态自检的顺序依次打开压力传感器，温度传感器，湿度传感器，电池电量监测，传感器依次打开，每打开一种传感器要关闭其余传感器，直到传感器数据全部采集完成，但是北斗模块的供电要一直打开直到第15分钟到来时关闭北斗供电单元。也就是每个小时的整点时刻到来时直到这个小时的第15分钟到来北斗模块一直处于打开状态。传感器数值获取后连同北斗的定位信息一起存入TF卡中，然后由北斗将这一组数据打包发送给接收端。考虑系统的低功耗作业，系统默认如果系统电量不足40％则每天的晚18点至次日的早6点这一时间段内系统一直处于低功耗模式3并不打开北斗模块和传感器(这一默认功能可以在客户端软件选择取消掉)，从次日早7点开始每小时整点时刻打开北斗和各传感器发送数据，北斗持续时间为15分钟(数据发送频率可在客户端软件调整)。
信标上浮后处于正常工作模式，直到所带电池电量耗尽。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (4)
1.一种基于北斗定位系统的水下信标装置，其特征在于：包括信标壳体，所述信标壳体内配设有电源单元、传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元，所述传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元均由电源单元供电，所述数据存储单元和北斗数据收发单元、传感器单元均与所述的主控单元电连接，所述电源单元包括12V/15Ah聚合物锂电池、北斗供电单元、主供电单元和电源监测单元，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过电源监测单元与所述的主控单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过北斗供电单元分别与传感器单元、数据存储单元、主控单元和北斗数据收发单元电连接，所述12V/15Ah聚合物锂电池通过主供电单元与所述主控单元电连接。
2.根据权利要求1所述的基于北斗定位系统的水下信标装置，其特征在于：所述的传感器单元包括湿度传感器、温度传感器和压力传感器，所述湿度传感器、温度传感器和压力传感器均与所述的主控单元电连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于北斗定位系统的水下信标装置，其特征在于：所述北斗数据收发单元包括北斗传输模块，MCU和数据存储卡，所述北斗传输模块为江苏星宇芯联电子科技有限公司的GNM2A12北斗模块，数据存储卡为8GTF卡，所述MCU为TI公司的MSP430F2232IDA芯片，所述北斗传输模块和数据存储卡均与所述的MCU电连接，所述MCU与所述的主控单元电连接。
4.根据权利要求2所述的基于北斗定位系统的水下信标装置，其特征在于：所述压力传感器型号为美国measurement的89BSD-030BA-A，所述温度传感器型号为AD7416，湿度传感器为SHT10湿度传感器。
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2015
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Granted publication date: 20151014 |
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