CN209785241U - 水空立体通信控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水空立体通信控制系统，该系统包括：第一浮标装置、第二浮标装置、北斗卫星及服务器，第一浮标装置负责海洋数据监测并通过接收PC端或手机端发送的控制指令将数据传送至第二浮标装置，由第二浮标装置通过无线信号把数据向北斗卫星传送，再由北斗卫星向服务器传送，实现远程数据通信控制功能；同时，第二浮标装置也能接收PC端或手机端发送的控制指令控制第二浮标装置将海洋数据直接传送至服务器，实现近程数据通信控制功能。与相关技术相比，本实用开型的水空立体通信控制系统对海洋生态数据监测及全球化通信的实时性及有效性更优。

Description

水空立体通信控制系统

技术领域

本实用新型属于通信领域，尤其涉及一种用于水下通信网络与北斗卫星通信的水空立体通信控制系统。

背景技术

目前，陆地的无线通信日趋成熟，也有了非常好的研究基础，但无线电磁波却无法在水下传输，并且水深过大，无法在海洋中建立中继基站。地球70％面积都是海洋，要想实现全球化水空立体通信，通过大范围建立基站，如同陆地上一般构建无线电磁波传感器网络并不可取。因此，加大海洋利用率以及海洋生态数据的实时监测，实现水空立体通信全球化，水下通信网络的建立是不可或缺的。

然而，水下声传感器网络通信与陆地基于无线电磁波的传感器网络通信有着很大的不同，如传输时延、带宽、转换能量、多图效应等。因此，要想实现水下通信，并建立通信网络结构体系，有着巨大的困难以及压力。此外，海水深度较深，无法在海洋中搭建中继基站，水下传感器在采集到海洋生态数据之后从水中无法通过无线信号方式实时回传到陆地上，即无法做到海洋生态数据监测、水空一体全球化通信的实时性及有效性。

因此，实有必要提供一种新的水空立体通信控制系统解决上述问题。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种加强海洋通信利用率，实现水空一体化通信的实时性和有效性的水空立体通信控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水空立体通信控制系统，该通信控制系统包括第一浮标装置、第二浮标装置以及北斗卫星及服务器；所述第一浮标装置与所述第二浮标装置能实现水声信道间数据通信，所述第一浮标装置放置在水中，负责水中生态数据监测并通过接收地面的PC端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第一浮标装置的电源，从而控制将所述第一浮标装置采集的水下生态数据以水声信道方式传送至所述第二浮标装置；所述第二浮标装置放置在水中，用于接收PC端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第二浮标装置电源，由所述第二浮标装置通过无线信号方式将该水下生态数据向所述北斗卫星传送，并由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；或由所述第二浮标装置将所述水下生态数据通过无线信号方式直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能。

优选的，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置在水中相距1KM，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置实现水声信道间数据通信的传输距离为3KM。

优选的，所述第一浮标装置包括第一浮标舱体、安装于所述第一浮标舱体内部的第一控制板、第一电源板、第一太阳能蓄电池、分别悬挂于所述第一浮标舱体底部的第一水下调制解调器modem和温度盐度传感器CTD以及设置于所述第一浮标舱体顶部的第一太阳能电池板；所述第一水下调制解调器modem、温度盐度传感器CTD及所述第一电源板分别与所述第一控制板电连接；所述第一电源板用于接收PC端或手机端发送的控制指令实现开启/关闭所述第一浮标装置，所述第一控制板用以将所述温度盐度传感器CTD采集的所述水下生态数据进行包括存储、压缩及格式转换的数据处理，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器modem以水声信道方式传送至所述第二浮标装置；所述第一电源板与所述第一太阳能蓄电池电连接，所述第一太阳能蓄电池与所述第一太阳能电池板电连接。

优选的，所述第一控制板包括用于对所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第一ARM控制模块、用于供电的第一电源模块、用于存储所述水下生态数据的第一SD卡数据存储模块及用于所述第一浮标装置进行数据通信的第一串口通信模块；所述第一ARM控制模块分别与所述第一SD卡数据存储模块和第一串口通信模块相连，所述第一ARM控制模块通过所述第一串口通信模块分别与所述温度盐度传感器CTd和所述第一水下调制解调器Modem连接，所述第一ARM控制模块、第一SD卡数据存储模块、第一串口通信模块均与所述第一电源模块电连接，并由所述第一电源模块供电；所述第一ARM控制模块在接收到所述温度盐度传感器CTD测量回传的所述水下生态数据后进行数据的压缩和格式转换，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器Modem以水声信道方式发送出去。

优选的，所述第一SD卡数据存储模块的容量为16G，负责本地存储所述第一控制板中所述第一ARM控制模块传来的所述水下生态数据；所述第一串口通信模块用于进行所述温度盐度传感器CTD、第一水下调制解调器Modem与所述第一ARM控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口。

优选的，所述第二浮标装置包括第二浮标舱体、安装于所述第二浮标舱体内部的第二控制板、第二电源板、第二太阳能蓄电池、悬挂于所述第二浮标舱体底部的第二水下调制解调器modem以及设置于所述第二浮标舱体顶部的第二太阳能电池板；所述第二水下调制解调器modem及第二电源板分别和所述第二控制板电连接；所述第二电源板用于接收PC端或手机端发送的控制指令实现开启/关闭所述第二浮标装置，所述第二浮标装置将所述第二水下调制解调器modem接收的所述第一水下调制解调器modem发出的所述水下生态数据传至所述第二控制板进行数据处理后，通过无线信号方式直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能，或由所述第二浮标装置将其接收的该水下生态数据传至所述第二控制板进行数据处理后，向所述北斗卫星传送，并由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；所述第二电源板与所述第二太阳能蓄电池电连接，所述第二太阳能蓄电池与所述第二太阳能电池板电连接。

优选的，所述第二控制板包括用于对接收的所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第二ARM控制模块、用于供电的第二电源模块、用于存储接收的所述水下生态数据的第二SD卡数据存储模块、用于所述第二浮标装置进行数据通信的第二串口通信模块、北斗通信模块以及无线通信模块；所述第二ARM控制模块分别与所述第二SD卡数据存储模块和第二串口通信模块相连，并通过所述第二串口通信模块分别与所述北斗通信模块、所述无线通信模块及所述第二水下调制解调器Modem相连，所述第二ARM控制模块、第二SD卡数据存储模块、第二串口通信模块均与所述第二电源模块电连接，并由所述第二电源模块供电；所述第二ARM控制模块在接收到所述第一控制板发出的所述水下生态数据后进行数据的压缩和格式转换，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述北斗通信模块发送北斗卫星，再发由所述北斗卫星发送至服务器或通过所述无线通信模块直接发送至所述服务器。

优选的，所述第二SD卡数据存储模块的容量为16G，负责本地存储所述第二控制板中所述第二ARM控制模块数据处理后传来的所述水下生态数据；所述第二串口通信模块用于进行所述第二水下调制解调器Modem、所述北斗通信模块、所述无线通信模块及所述第二ARM控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口；所述北斗通信模块设有天线，用于数据的发送，通过所述北斗通信模块与所述北斗卫星建立通信连接，并将第二浮标装置采集处理后的所述水下生态数据发送至所述北斗卫星进行中继，继而发送至所述服务器；所述无线通信模块设有天线，用于数据的发送，采用H685t-RS2324G无线路由器，支持4G LTE(TDD)，移动GSM/GPRS/EDGE，3G TD-SCDM/TD-HSDPA/TD-HSUPA网络，直接将所述第二浮标装置采集并数据处理后的所述水下生态数据发送至所述服务器。

优选的，所述第一电源板和所述第二电源板结构相同，二者均包括电源模块、2G通信模块、STM32控制模块、继电器控制模块和继电器驱动模块；所述STM32控制模块分别与所述2G通信模块、继电器驱动模块相连，所述继电器驱动模块与所述继电器控制模块相连，所述2G通信模块、所述STM32控制模块、所述继电器控制模块以及所述继电器驱动模块分别与所述电源模块相连，并由所述电源模块供电；所述第一电源板的所述电源模块接收来自所述第一太阳能蓄电池的能量，所述第二电源板的所述电源模块接收来自所述第二太阳能蓄电池的能量。

优选的，所述STM32控制模块用于接收所述2G通信模块的控制指令并处理，从而通过所述继电器驱动模块驱动IO口输出的高低电平，从而控制所述继电器控制模块中继电器的导通与断开及所述继电器驱动模块的驱动继电器通断实现所述第一控制板/第二控制板中所述电源模块的供电启动/关闭功能；所述2G通信模块设有外置天线，负责接收远程手机端或PC端发送的电源开启/关闭控制指令，从而将控制指令传输至所述STM32控制模块；所述继电器驱动模块，负责将所述M32控制模块输出电平通过BL8023双向驱动继电器芯片进行提高，从而对所述继电器模块进行驱动，并控制继电器通断，其中芯片工作电压在5-16V，静态功耗电流＜10nA，典型驱动电流300mA，工作温度在-40℃-80℃之间；所述继电器控制模块，负责控制所述电源模块的开启/关闭，从而让所述第一控制板/第二控制板中各模块通电工作；当所述STM32控制模块的IO口输出高电平的时候，继电器导通，则所述第一控制板/第二控制板中各模块通电；当所述STM32控制模块的IO口输出低电平的时候，继电器断开，则所述第一控制板/第二控制板中各模块断电。

与相关技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

(1)温度盐度传感器CTD采用外部直流电源供电，结构小巧，既可以单独使用，也可以安装在浮标、潜标、水下运动载体等平台系统上，采用感应式测量电极，不同于海鸟和AML的电极式测量电极，专门用于近海比层海水温盐测量，针对近海海水水质的特点使用紫外线杀菌模块和铜质防护网；

(2)第一水下调制解调器Modem与第二水下调制解调器Modem具有较好的工作参数，其工作频率为21kHz-27kHz，采样率为96kHz，分辨率为16bit，采用OFDM的调制方式，可以直接将串口数据的电信号转化为声信号在水下进行传输，且衰减和误码率较小；

(3)温度盐度传感器CTD采集的数据较多，而水声通信的传输信道容量有限，第一ARM控制模块、第二ARM控制模块可以有效的将数据进行压缩、转换，实现多组数据在水下输出；

(4)2G通信模块设置有天线，可以从地面PC端，甚至手机端发送2G信号，从而直接控制第一ARM控制模块、第二ARM控制模块、温度盐度传感器CTD、北斗通信模块、第一水下调制解调器Modem与第二水下调制解调器Modem的电源通断；

(5)北斗通信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BD2 B1/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，集成度高、功耗低、对外接口非常简单，且与市面常见模块接口兼容，方便用户使用。

附图说明

下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：

图1为本实用新型水空立体通信控制系统的系统结构示意图；

图2为本实用新型水空立体通信控制系统的第一浮标装置结构示意图；

图3为本实用新型水空立体通信控制系统的第一控制板结构框图；

图4为本实用新型水空立体通信控制系统的第二浮标装置结构示意图；

图5为本实用新型水空立体通信控制系统的第二控制板结构框图；

图6为本实用新型水空立体通信控制系统的第一电源板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。

图1示出了一种水空立体通信控制系统100，包括第一浮标装置1、第二浮标装置2、北斗卫星3及服务器4。所述第一浮标装置1与所述第二浮标装置2分别放置在水中(水面下)，比如海洋，所述第一浮标装置1与所述第二浮标装置2能实现水声信道间数据通信。所述第一浮标装置1负责海洋生态数据监测并通过接收PC端5或手机端6发送的控制指令开启/关闭所述第一浮标装置1的电源，从而控制将所述第一浮标装置1采集的水下生态数据传送至所述第二浮标装置2，由所述第二浮标装置2通过无线信号把数据向所述北斗卫星3传送，再由所述北斗卫星3向所述服务器4传送，实现远程数据通信控制功能；同时，所述第二浮标装置3也能接收地面PC端5或手机端6发送的控制指令开启/关闭所述第二浮标装置2的电源，从而控制所述第二浮标装置2将所述水下生态数据通过无线信号(如4G信号)直接传送至所述服务器4，实现近程数据通信控制功能。本实施方式中，所述第一浮标装置1和所述第二浮装置2均通过无线方式接收PC端5或手机端6发送的控制指令，比如通过2G通信模块7，但不限于此。

本实施方式中，所述第一浮标装置1与所述第二浮标装置2在水中相距1KM，所述第一浮标装置1与所述第二浮标装置2实现水声信道间数据通信的传输距离为3KM。

如图2所示，所述第一浮标装置1包括第一浮标舱体11、安装于第一浮标舱体11内部的第一控制板12、第一电源板13、第一太阳能蓄电池14、分别悬挂于所述第一浮标舱体11底部的第一水下调制解调器modem 15和温度盐度传感器CTD 16以及设置于所述第一浮标舱体11顶部的第一太阳能电池板17。

所述第一水下调制解调器modem 15、温度盐度传感器CTD 16及第一电源板13分别和所述第一控制板12电连接，所述第一电源板13用于接收PC端5或手机端6发送的控制指令实现开启/关闭所述第一浮标装置1。所述第一电源板13与所述第一太阳能蓄电池14相连，所述第一太阳能蓄电池与所述第一太阳能电池板相连。

所述第一控制板13用以将所述温度盐度传感器CTD 16采集的所述水下生态数据进行包括存储、压缩及格式转换的数据处理，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器modem 15以水声信道方式传送至所述第二浮标装置2。

如图3所示，具体的，所述第一控制板12包括用于对所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第一ARM控制模块121、用于供电的第一电源模块122、用于存储所述水下生态数据的第一SD卡数据存储模块123以及用于所述第一浮标装置1进行数据通信的第一串口通信模块124。

所述第一ARM控制模块121分别与所述第一SD卡数据存储模块123和第一串口通信模块124相连，第一ARM控制模块121通过所述第一串口通信模块124分别与所述温度盐度传感器CTD 16和所述第一水下调制解调器Modem 15连接，所述第一ARM控制模块121、第一SD卡数据存储模块123、第一串口通信模块124均与所述第一电源模块122电连接，并由所述第一电源模块122供电。

所述第一ARM控制模块121在接收到所述温度盐度传感器CTD 16测量回传的所述水下生态数据后进行数据后对其进行数据的压缩和格式转换，以节省水声通信的传输信道容量，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器Modem 15以水声信道方式发送出去。

本实施方式中，所述第一SD卡数据存储模块123的容量为16G，不限于此，负责本地存储所述第一控制板12中所述第一ARM控制模块121传来的所述水下生态数据。

所述第一串口通信模块124负责进行所述温度盐度传感器CTD 16、第一水下调制解调器Modem 15与所述第一ARM控制模块121之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口。

如图4所示，第二浮标装置2包括第二浮标舱体21、安装于浮标舱体21内部的第二控制板22、第二电源板23、第二太阳能蓄电池24、悬挂于所述第二浮标舱体底部的第二水下调制解调器modem 25以及设置于所述第二浮标舱21顶部的第二太阳能电池板26，所述第二水下调制解调器modem 25及第二电源板23分别和所述第二控制板22电连接。所述第二电源板23与所述第二太阳能蓄电池24电连接，所述第二太阳能蓄电池24与所述第二太阳能电池板26电连接。

所述第二电源板23用于接收PC端5或手机端6发送的控制指令实现开启/关闭所述第二浮标装置2，所述第二浮标装置2将所述第二水下调制解调器modem 25接收的所述第一水下调制解调器modem 15发出的所述水下生态数据传至所述第二控制板22进行数据处理后，通过无线信号方式直接传送至所述服务器4，实现近程数据通信控制功能，或由所述第二浮标装置2将其接收的该水下生态数据传至所述第二控制板22进行数据处理后，向所述北斗卫星3传送，并由所述北斗卫星3向所述服务器4传送，实现远程数据通信控制功能。

如图5所示，具体的，所述第二控制板22包括用于对接收的所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第二ARM控制模块221、用于供电的第二电源模块222、用于存储接收的所述水下生态数据的第二SD卡数据存储模块223、用于所述第二浮标装置2进行数据通信的第二串口通信模块224、北斗通信模块225及无线通信模块226(如4G通信模块)。

所述第二ARM控制模块221分别与所述第二SD卡数据存储模块223和所述第二串口通信模块224相连，并通过所述第二串口通信模块224分别与所述北斗通信模块225、所述无线通信模块226以及第二水下调制解调器Modem 25相连。所述第二ARM控制模块221、第二SD卡数据存储模块223、第二串口通信模块224均与所述第二电源模块23电连接，并由所述第二电源模块23供电。

所述第二ARM控制模块221在接收到所述第一控制板12发出的所述水下生态数据后进行数据的压缩和格式转换，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述北斗通信模块225发送北斗卫星3，再发由所述北斗卫星3发送至服务器4或通过所述无线通信模块226直接发送至所述服务器4。即，所述第二ARM控制模块221负责进行数据压缩处理与转发，分别通过所述第二串口通信模块224与所述北斗通信模块225、无线通信模块226、第二水下调制解调器Modem 25连接，所述第二水下调制解调器modem 25接收到来自所述第一水下调制解调器Modem 15的数据后经所述第二串口通信模块224传到所述第二ARM控制模块221中进行处理，然后通过所述第二串口通信模块224将数据传输至所述北斗通信模块225，再通过所述北斗通信模块225发送至所述北斗卫星3，再由北斗卫星3回传至服务器4；同时，所述无线通信模块226与所述北斗卫星3通信功能一致，通过无线信号(如4G信号)传送至所述服务器4，与北斗通信模块225协同作用。

本实施方式中，所述第二SD卡数据存储模块223的容量为16G，负责本地存储所述第二控制板22中所述第二ARM控制模块221数据处理后传来的所述水下生态数据。

也就是说，所述第二串口通信模块224负责进行所述第二水下调制解调器Modem25、北斗通信模块225、无线通信模块226与第二ARM控制模块221之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口。

所述北斗通信模块225设有外置天线，即北斗通信模块天线2251，用于数据的发送，负责海洋生态环境数据的发送，通过所述北斗通信模块225与所述北斗卫星3建立通信连接，并将第二浮标装置2采集处理后的所述水下生态数据发送至所述北斗卫星3进行中继，继而发送至所述服务器4。

所述无线通信模块226设有外置天线，即无线通信模块天线2261，用于数据发送，负责海洋生态环境数据的发送，采用H685t-RS232 4G无线路由器，支持4G LTE(TDD)，移动GSM/GPRS/EDGE，3G TD-SCDM/TD-HSDPA/TD-HSUPA网络，直接将所述第二浮标装置2采集并数据处理后的所述水下生态数据发送至所述服务器4。

本实施方式中，第一电源板13与第二电源板23结构相同，如图6所示，所述第一电源板13包括电源模块131、2G通信模块132、STM32控制模块133、继电器控制模块134及继电器驱动模块135，所述STM32控制模块133分别与所述2G通信模块132、继电器驱动模块135相连，所述继电器驱动模块135与所述继电器控制模块134相连，所述2G通信模块132、STM32控制模块133、继电器控制模块134以及继电器驱动模块135分别与所述电源模块131相连，并由所述电源模块131供电。所述电源模块131接收来自所述第一太阳能蓄电池14的能量。

所述STM32控制模块133负责接收所述2G通信模块132的控制指令并处理，从而通过所述继电器驱动模块134驱动IO口输出的高低电平，从而控制所述继电器控制模块134中继电器的导通与断开及所述继电器驱动模块134的驱动继电器通断实现所述第一控制板12的板中所述电源模块131的供电启动/关闭功能。

所述2G通信模块132设有外置天线，即2G通信模块天线1321，负责接收远程手机端6或PC端5发送的电源开启/关闭控制指令，从而将控制指令传输至所述STM32控制模块133。

所述继电器驱动模块134负责将所述M32控制模块输出电平通过BL8023双向驱动继电器芯片进行提高，从而对所述继电器控制模块134进行驱动，并控制继电器通断，其中芯片工作电压在5-16V，静态功耗电流＜10nA，典型驱动电流300mA，工作温度在-40℃-80℃之间。

所述继电器控制模块134负责控制所述电源模块131的开启/关闭，从而让所述第一控制板12中各模块通电工作。当所述STM32控制模块133的IO口输出高电平的时候，继电器导通，则所述第一控制板12中各模块通电；当所述STM32控制模块133的IO口输出低电平的时候，继电器断开，则所述第一控制板12中各模块断电。

本实用新型的水空立体通信控制系统100的工作原理如下：

水中传输：通过所述第一浮标装置1的所述温度盐度传感器CTD进行水中的水下生态数据采集并传送至所述第一控制板，所述第一控制板的所述第一ARM控制模块将所述水下生态数据进行数据的压缩和格式转换，实现传输时节省信通，提高传送效率，经数据处理后的所述水下生态数据经所述第一水下调制解调器Modem以水声信道方式发送至所述第二浮标装置2的所述第二水下调制解调器Modem，从而实现了水下生态数据在水中部分的传输，而水中传输距离较小，相对于空中传输距离小得多，达到及时性和实时性的效果。

空中传输：第二浮标装置2的所述第二水下调制解调器Modem接收该水下生态数据后再进行数据的压缩和格式转换，同样为了进一步节省传送信道，提高传送效率，并将数据处理后的水下生态数据通过北斗通信模块发送至北斗卫星，再发由所述北斗卫星发送至服务器，或者，将数据处理后的水下生态数据通过所述无线通信模块(如4G通信模块)直接发送至所述服务器，从而实现空中传输至地面。而空中传输通过无线信号传输的速度快。

上述两阶段共同实现了采信的水下生态数据及时、实时的由水下传到地面服务器的过程，形成了水空立体通信控制。

本实施方式中，需要说明的是，第一ARM控制模块和第二ARM控制模块均包括ARM芯片，包括ARM 7系、ARM 8系、ARM 9系、ARM 10系等，二者可以相同也可以不同，但均可直接用于本实用新型的系统中接收数据后对数据进行压缩和格式传换的数据处理功能，而实现上述数据处理功能均为ARM芯片最基础的功能，为现有技术中常用的，其目的在于将大容量的数据通过压缩、转换格式的方式变为小容量，从而实现传输过程中的速率和时效，在此不再详细说明。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种水空立体通信控制系统，其特征在于，该通信控制系统包括第一浮标装置、第二浮标装置以及北斗卫星及服务器；所述第一浮标装置与所述第二浮标装置能实现水声信道间数据通信，所述第一浮标装置放置在水中，负责水中生态数据监测并通过接收地面的PC端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第一浮标装置的电源，从而控制将所述第一浮标装置采集的水下生态数据以水声信道方式传送至所述第二浮标装置；所述第二浮标装置放置在水中，用于接收PC端或手机端发送的控制指令开启/关闭所述第二浮标装置电源，由所述第二浮标装置通过无线信号方式将该水下生态数据向所述北斗卫星传送，并由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；或由所述第二浮标装置将所述水下生态数据通过无线信号方式直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能。

2.根据权利要求1所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置在水中相距1KM，所述第一浮标装置与所述第二浮标装置实现水声信道间数据通信的传输距离为3KM。

3.根据权利要求1或2所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第一浮标装置包括第一浮标舱体、安装于所述第一浮标舱体内部的第一控制板、第一电源板、第一太阳能蓄电池、分别悬挂于所述第一浮标舱体底部的第一水下调制解调器modem和温度盐度传感器CTD以及设置于所述第一浮标舱体顶部的第一太阳能电池板；所述第一水下调制解调器modem、温度盐度传感器CTD及所述第一电源板分别与所述第一控制板电连接；所述第一电源板用于接收PC端或手机端发送的控制指令实现开启/关闭所述第一浮标装置，所述第一控制板用以将所述温度盐度传感器CTD采集的所述水下生态数据进行包括存储、压缩及格式转换的数据处理，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器modem以水声信道方式传送至所述第二浮标装置；所述第一电源板与所述第一太阳能蓄电池电连接，所述第一太阳能蓄电池与所述第一太阳能电池板电连接。

4.根据权利要求3所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第一控制板包括用于对所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第一ARM控制模块、用于供电的第一电源模块、用于存储所述水下生态数据的第一SD卡数据存储模块及用于所述第一浮标装置进行数据通信的第一串口通信模块；所述第一ARM控制模块分别与所述第一SD卡数据存储模块和第一串口通信模块相连，所述第一ARM控制模块通过所述第一串口通信模块分别与所述温度盐度传感器CTD和所述第一水下调制解调器Modem连接，所述第一ARM控制模块、第一SD卡数据存储模块、第一串口通信模块均与所述第一电源模块电连接，并由所述第一电源模块供电；所述第一ARM控制模块在接收到所述温度盐度传感器CTD测量回传的所述水下生态数据后进行数据的压缩和格式转换，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述第一水下调制解调器Modem以水声信道方式发送出去。

5.根据权利要求4所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第一SD卡数据存储模块的容量为16G，负责本地存储所述第一控制板中所述第一ARM控制模块传来的所述水下生态数据；所述第一串口通信模块用于进行所述温度盐度传感器CTD、第一水下调制解调器Modem与所述第一ARM控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口。

6.根据权利要求3所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第二浮标装置包括第二浮标舱体、安装于所述第二浮标舱体内部的第二控制板、第二电源板、第二太阳能蓄电池、悬挂于所述第二浮标舱体底部的第二水下调制解调器modem以及设置于所述第二浮标舱体顶部的第二太阳能电池板；所述第二水下调制解调器modem及第二电源板分别和所述第二控制板电连接；所述第二电源板用于接收PC端或手机端发送的控制指令实现开启/关闭所述第二浮标装置，所述第二浮标装置将所述第二水下调制解调器modem接收的所述第一水下调制解调器modem发出的所述水下生态数据传至所述第二控制板进行数据处理后，通过无线信号方式直接传送至所述服务器，实现近程数据通信控制功能，或由所述第二浮标装置将其接收的该水下生态数据传至所述第二控制板进行数据处理后，向所述北斗卫星传送，并由所述北斗卫星向所述服务器传送，实现远程数据通信控制功能；所述第二电源板与所述第二太阳能蓄电池电连接，所述第二太阳能蓄电池与所述第二太阳能电池板电连接。

7.根据权利要求6所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第二控制板包括用于对接收的所述水下生态数据进行压缩及格式转换并转发的第二ARM控制模块、用于供电的第二电源模块、用于存储接收的所述水下生态数据的第二SD卡数据存储模块、用于所述第二浮标装置进行数据通信的第二串口通信模块、北斗通信模块以及无线通信模块；所述第二ARM控制模块分别与所述第二SD卡数据存储模块和第二串口通信模块相连，并通过所述第二串口通信模块分别与所述北斗通信模块、所述无线通信模块及所述第二水下调制解调器Modem相连，所述第二ARM控制模块、第二SD卡数据存储模块、第二串口通信模块均与所述第二电源模块电连接，并由所述第二电源模块供电；所述第二ARM控制模块在接收到所述第一控制板发出的所述水下生态数据后进行数据的压缩和格式转换，并将数据处理后的所述水下生态数据通过所述北斗通信模块发送至北斗卫星，再发由所述北斗卫星发送至服务器或通过所述无线通信模块直接发送至所述服务器。

8.根据权利要求7所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第二SD卡数据存储模块的容量为16G，负责本地存储所述第二控制板中所述第二ARM控制模块数据处理后传来的所述水下生态数据；所述第二串口通信模块用于进行所述第二水下调制解调器Modem、所述北斗通信模块、所述无线通信模块及所述第二ARM控制模块之间的串行数据接收和发送，并设置RS485和RS232两种串行数据接口；所述北斗通信模块设有天线，用于数据的发送，通过所述北斗通信模块与所述北斗卫星建立通信连接，并将第二浮标装置采集处理后的所述水下生态数据发送至所述北斗卫星进行中继，继而发送至所述服务器；所述无线通信模块设有天线，用于数据的发送，采用H685t-RS232 4G无线路由器，支持4G LTE(TDD)，移动GSM/GPRS/EDGE，3G TD-SCDM/TD-HSDPA/TD-HSUPA网络，直接将所述第二浮标装置采集并数据处理后的所述水下生态数据发送至所述服务器。

9.根据权利要求6所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述第一电源板和所述第二电源板结构相同，二者均包括电源模块、2G通信模块、STM32控制模块、继电器控制模块和继电器驱动模块；所述STM32控制模块分别与所述2G通信模块、继电器驱动模块相连，所述继电器驱动模块与所述继电器控制模块相连，所述2G通信模块、所述STM32控制模块、所述继电器控制模块以及所述继电器驱动模块分别与所述电源模块相连，并由所述电源模块供电；所述第一电源板的所述电源模块接收来自所述第一太阳能蓄电池的能量，所述第二电源板的所述电源模块接收来自所述第二太阳能蓄电池的能量。

10.根据权利要求9所述的水空立体通信控制系统，其特征在于，所述STM32控制模块用于接收所述2G通信模块的控制指令并处理，从而通过所述继电器驱动模块驱动IO口输出的高低电平，从而控制所述继电器控制模块中继电器的导通与断开及所述继电器驱动模块的驱动继电器通断实现所述第一控制板/第二控制板中所述电源模块的供电启动/关闭功能；

所述2G通信模块设有外置天线，负责接收远程手机端或PC端发送的电源开启/关闭控制指令，从而将控制指令传输至所述STM32控制模块；

所述继电器驱动模块，负责将所述M32控制模块输出电平通过BL8023双向驱动继电器芯片进行提高，从而对所述继电器模块进行驱动，并控制继电器通断，其中芯片工作电压在5-16V，静态功耗电流＜10nA，典型驱动电流300mA，工作温度在-40℃-80℃之间；

所述继电器控制模块，负责控制所述电源模块的开启/关闭，从而让所述第一控制板/第二控制板中各模块通电工作；当所述STM32控制模块的IO口输出高电平的时候，继电器导通，则所述第一控制板/第二控制板中各模块通电；当所述STM32控制模块的IO口输出低电平的时候，继电器断开，则所述第一控制板/第二控制板中各模块断电。