CN204788487U - 海洋环境场远程检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的海洋环境场远程检测系统，包括远程控制装置、无线传输装置和多个环境检测装置，远程控制装置通过无线传输装置分别与多个环境检测装置无线连接，环境检测装置包括数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置和电源，声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置分别与数据处理器连接；所述无线传输装置包括一个中心节点、多个路由节点和多个终端节点，中心节点和路由节点均为433MHz无线透传模块，所述终端节点由433MHz无线透传模块和环境检测装置组成。本实用新型利用较少的仪器实现大范围的海洋环境场的平均参数检测，并且实现数据的远距离传输和检测系统的远程控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及海洋环境检测技术领域，特别涉及一种海洋环境场远程检测系统。
背景技术
广阔的海洋以其占地98%的水体成为全球生态圈的重要组成部分，海洋资源的储藏量不可估量，我国是世界上人口最多的沿海国家，海洋开发已经列入国家发展战略，对海洋资源的开发离不开科技支持，海洋开发与陆地上的开发不同，其特殊的环境对开发的影响很大，海洋资源开发很大程度上依赖于海洋环境的保障，我们必须对开发区域的海洋环境了如指掌，并且需要时刻获取海洋环境场的温度、盐度和密度等等参数，因此建立海洋环境场信息系统具有十分重要的意义。
现有技术中，通常采用的是能够测量海洋环境参数的单点测量方法，该方法缺陷在于：无法适用于大范围的环境参数，以及无法获取获取一定范围内海洋环境平均参数，因而单点测量法具有严重的局限性。
此外，海洋声层析技术是实现海洋环境参数检测的一种有效方法，其是指利用声学方法在大范围海域测量海洋动力特性的一种遥感技术，海洋层析测量时，在所测量的水域周围，布设若干个水声发射和接收换能器，一些换能器发射声信号，另一些接收声信号，并精确测量声波的传播时间，计算声波传播的速度，获取海水的温度、盐度、密度、流向和流速等参数，但是目前大部分海洋声层析技术还处于研究阶段，由于设备复杂度、平台搭建难度过高而无法投入实际使用。
有鉴于此，本发明人特别研制出一种能够利用较少的仪器实现大范围的海洋参数检测，能够远距离数据传输和远程控制的海洋环境场远程检测系统，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种海洋环境场远程检测系统，能够利用较少的仪器实现大范围的海洋环境场的平均参数检测，并且实现数据的远距离传输和检测系统的远程控制。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
海洋环境场远程检测系统，包括远程控制装置、无线传输装置和多个环境检测装置，远程控制装置通过无线传输装置分别与多个环境检测装置无线连接，所述环境检测装置包括数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置和电源，声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置分别与数据处理器连接，电源分别与数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置和GPS定位装置连接；
所述无线传输装置包括一个中心节点、多个路由节点和多个终端节点，中心节点与远程控制通过串口连接，中心节点与路由节点无线，每个路由节点与多个终端节点无线连接，每个路由节点与多个终端节点构成无线传输基层群组，该多个终端节点之间皆处于声波信号的传输范围内；
所述中心节点和路由节点均为433MHz无线透传模块，所述终端节点由433MHz无线透传模块和环境检测装置组成，终端节点的433MHz无线透传模块与环境检测系统之间通过串口连接。
所述远程控制装置包括控制中心、WIFI模块和串口模块，控制中心分别与WIFI模块和串口模块连接，串口模块还与中心节点连接。
所述控制中心可以是计算机、控制器或平板电脑。
所述电源为太阳能蓄电池。
所述声波信号发射装置包括依次连接的模/数转换器、输出功率放大电路和换能器，声波信号采集装置包括依次连接的数/模转换器、输入功率放大电路、滤波器和水听器，所述数据处理器为Cortex-M3内核处理器，模/数转换器和数/模转换器分别与Cortex-M3内核处理器连接。
采用上述技术方案后，本实用新型的工作原理如下：
在所要检测海洋环境场中部署无线传输基层群组，远程控制装置通过无线传输装置控制着每个终端节点环境检测装置的工作，无线传输基层群组的各个环境检测装置依次进行声波信号的相互收发；
在一个无线传输基层群组中，当其中一个环境检测装置发射声波信号时，其为发射站；该无线传输基层群组中的其他的环境检测装置皆处于接收状态，则除发射站外的环境检测装置为接收站；
在发射站中：环境检测装置的数据处理器生成数字信号并将该数字信号发送至信号发射装置，信号发射装置将该数字信号转换为模拟信号，又将该模拟信号转换为声波信号，最后发射该声波信号，同时GPS定位装置以一定的频率向数据处理器发送时间信号和位置信号，数据处理器将声波信号的发射时间和发射站地址以数据包的形式存储，最后数据处理器将数据包依次通过终端节点、路由节点和中心节点的433MHz无线透传模块上传至远程控制系统；
在接收站中：数据采集装置接收声波信号，将该声波信号转换为模拟信号，又将该模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送至数据处理器，同时GPS定位装置以一定的频率向数据处理器发送时间信号和位置信号，数据处理器将声波信号的接收时间和接收站地址以数据包的形式存储，最后数据处理模块将数据包依次通过终端节点、路由节点和中心节点的433MHz无线透传模块上传至远程控制系统；
远程控制装置根据数据包中的声波信号发射时间、接收时间、发射站序号和接收站序号得出两个终端节点之间的声波信号传播时间及传播速度，最终得到海水的参数包括温度、盐度、密度、流向和流速，对一个无线传输基层群组所有采集的数据进行处理后得出海洋环境场的平均参数。
本实用新型的有益效果为：本实用新型将环境检测装置与无线传输装置相结合，实现大范围海洋数据采集和无线数据传输的无缝结合，而环境检测装置由远程控制装置通过无线传输装置进行控制，所采集的数据具有时效性、规模性和高精准度，整个系统运行高效，操作便捷，本实用新型还将海洋声层析技术应用到海洋开发中，通过无线通信的方式，实时地获取海洋环境场的参数，而且部署较少的环境检测装置，就能实现大范围的海洋环境场的平均参数检测，实现数据的远距离传输，为海航开发提供了重要的数据参考，应用价值极高。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型环境检测装置的结构示意图；
图3是本实用新型无线传输装置中各个433MHz无线透传模块分布图；
图4是本实用新型一个无线传输基层群组的各个环境检测系统声波信号传输示意图；
图5是环境检测装置在海洋的安装示意图。
标号说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型揭示的海洋环境场远程检测系统，包括远程控制装置、无线传输装置和多个环境检测装置，远程控制装置通过无线传输装置分别与多个环境检测装置无线连接，所述环境检测装置包括数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置和电源，声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置分别与数据处理器连接，电源分别与数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置和GPS定位装置连接，本实施例中，电源为环保节能的太阳能蓄电池。
无线传输装置包括一个中心节点、多个路由节点和多个终端节点，中心节点与远程控制通过串口连接，中心节点与路由节点无线，每个路由节点与多个终端节点无线连接，每个路由节点与多个终端节点构成无线传输基层群组，该多个终端节点之间皆处于声波信号的传输范围内；
请参照图3，中心节点和路由节点均为433MHz无线透传模块，终端节点由433MHz无线透传模块和环境检测装置组成，终端节点的433MHz无线透传模块与环境检测系统之间通过串口连接，433MHz无线透传模块在空旷环境下的最大传输距离达3000米。
本实施例中，远程控制装置包括控制中心、WIFI模块和串口模块，控制中心分别与WIFI模块和串口模块连接，串口模块还与中心节点连接，WIFI模块为控制中心接入外网，能够为控制中心提供与海洋环境场的相关的多方面的参考数据；控制中心可以是计算机、控制器或平板电脑，控制中心主要作用为向环境检测系统下达控制指令，将收集的数据包进行计算和处理，一般的计算机、PC、移动电脑等均可实现，本实用新型的控制中心采用了比较成熟的海洋声层析技术的参数计算方法，通过声波信号的传输时间就能得出所需的海洋参数（包括盐都、密度、盐度、流向和流速等）。
请参照图2，本实施例中，声波信号发射装置包括依次连接的数/模转换器、输出功率放大电路和换能器，声波信号采集装置包括依次连接的模/数转换器、输入功率放大电路、滤波器和水听器，所述数据处理器为Cortex-M3内核处理器，模/数转换器和数/模转换器分别与Cortex-M3内核处理器连接，数/模转换器将数字信号转换为模拟信号，输出功率放大电路将输出信号的放大，换能器将模拟信号转换为声波信号并发射，模/数转换器将数字信号转换为模拟信号，输入功率放大电路、滤波器分别用于输入信号的放大和滤波降噪，水听器则采集声波信号并转换为模拟信号。
本实用新型部署时，请参照图4和5，在所要检测海洋环境场中部署无线传输基层群组，多个终端节点尽可能围成一个圆形，相邻的环境检测系统等间距分布，环境检测系统以浮标的形式部署在海洋中，多个浮标获取同一范围内的海洋环境参数，被测海洋区域被划分为多个小区域，根据获得的多路径声波传播时间即可重建所需要的海洋环境场，如温度场、盐度场、密度场等，在一定范围内，浮标数越多所获得的环境场参数越精确。
本实用新型在工作时：远程控制装置通过无线传输装置控制着每个终端节点环境检测装置的工作，无线传输基层群组的各个环境检测装置依次进行声波信号的相互收发；
在一个无线传输基层群组中，当其中一个环境检测装置发射声波信号时，其为发射站；该无线传输基层群组中的其他的环境检测装置皆处于接收状态，则除发射站外的环境检测装置为接收站；
在发射站中：环境检测装置的数据处理器生成数字信号并将该数字信号发送至信号发射装置，信号发射装置将该数字信号转换为模拟信号，又将该模拟信号转换为声波信号，最后发射该声波信号，同时GPS定位装置以一定的频率向数据处理器发送时间信号和位置信号，数据处理器将声波信号的发射时间和发射站地址以数据包的形式存储，最后数据处理器将数据包依次通过终端节点、路由节点和中心节点的433MHz无线透传模块上传至远程控制系统；
其中，发射站的模拟信号为中心频率10KHz，带宽5KHz的低频信号，再由功率放大模块进行处理后从换能器发出低频声波信号，此波段信号相干性好而且传播损失小；
在接收站中：数据采集装置接收声波信号，将该声波信号转换为模拟信号，又将该模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号发送至数据处理器，同时GPS定位装置以一定的频率向数据处理器发送时间信号和位置信号，数据处理器将声波信号的接收时间和接收站地址以数据包的形式存储，最后数据处理模块将数据包依次通过终端节点、路由节点和中心节点的433MHz无线透传模块上传至远程控制系统；
远程控制装置根据数据包中的声波信号发射时间、接收时间、发射站序号和接收站序号得出两个终端节点之间的声波信号传播时间及传播速度，最终得到海水的参数包括温度、盐度、密度、流向和流速，对一个无线传输基层群组所有采集的数据进行处理后得出海洋环境场的平均参数。
本实用新型所采用的远程控制装置、无线传输装置均远程控制技术领域常用的设备，环境检测装置中的数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置和GPS定位装置为广泛应用的数据采集设备。
以上仅为本实用新型的具体实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (5)
1.海洋环境场远程检测系统，其特征在于：包括远程控制装置、无线传输装置和多个环境检测装置，远程控制装置通过无线传输装置分别与多个环境检测装置无线连接，所述环境检测装置包括数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置和电源，声波信号发射装置、声波信号采集装置、GPS定位装置分别与数据处理器连接，电源分别与数据处理器、声波信号发射装置、声波信号采集装置和GPS定位装置连接；
所述无线传输装置包括一个中心节点、多个路由节点和多个终端节点，中心节点与远程控制通过串口连接，中心节点与路由节点无线，每个路由节点与多个终端节点无线连接，每个路由节点与多个终端节点构成无线传输基层群组，该多个终端节点之间皆处于声波信号的传输范围内；
所述中心节点和路由节点均为433MHz无线透传模块，所述终端节点由433MHz无线透传模块和环境检测装置组成，终端节点的433MHz无线透传模块与环境检测系统之间通过串口连接。
2.如权利要求1所述的海洋环境场远程检测系统，其特征在于：所述远程控制装置包括控制中心、WIFI模块和串口模块，控制中心分别与WIFI模块和串口模块连接，串口模块还与中心节点连接。
3.如权利要求2所述的海洋环境场远程检测系统，其特征在于：所述控制中心可以是计算机、控制器或平板电脑。
4.如权利要求1所述的海洋环境场远程检测系统，其特征在于：所述电源为太阳能蓄电池。
5.如权利要求1所述的海洋环境场远程检测系统，其特征在于：所述声波信号发射装置包括依次连接的模/数转换器、输出功率放大电路和换能器，声波信号采集装置包括依次连接的数/模转换器、输入功率放大电路、滤波器和水听器，所述数据处理器为Cortex-M3内核处理器，模/数转换器和数/模转换器分别与Cortex-M3内核处理器连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107526310A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-12-29 | 国家海洋局第海洋研究所 | 一种自容式记录仪 |
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| CN109302201A (zh) * | 2018-07-30 | 2019-02-01 | 上海大学 | 一种小型海洋通讯转换装置及其应用 |
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