CN217607804U - 一种双向水文缆道通信电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双向水文缆道通信电路及装置，涉及水文水资源监测技术领域。水文缆道双向通信电路包括水下信号收发电路和岸上信号收发电路，水下信号收发电路包括传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号放大电路、信号接收电路、信号功率放大电路、接口电路、电池+电源管理电路，岸上信号收发电路包括数据输入输出接口电路、信号放大电路、FPGA解调/调制电路、CPU电路、数据输入输出接口电路、信号功率放大电路、接口电路、电源管理电路，水文缆道双向通信装置集成有上述电路，包括水下信号收发装置和岸上信号收发装置，两者通过架空缆道‑水体连接形成回路，以此适应多种复杂条件下不同水域的水文信息的双向传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及水文水资源监测技术领域，尤其涉及一种水文缆道双向通信电路及装置。
背景技术
在水文水资源监测领域，以往都是通过人力进行监测，主要是对水位、流量、泥沙、水温、水质、地下水位等项目进行观测，效率低，精确度低且不可靠。随着技术的发展，相继出现一些水文监测产品，但目前市场上的产品在信号传输方式上多为单向传输，虽然部分产品为双向信号传输，但单位时间内传输速率低，多为几kHz的FSK信号，无高速处理电路，无隔离保护电路，传输功率小，信号弱，抗干扰能力弱，且在河面较宽、河流较深、水体较清澈等情况下，传输信号易丢失且不可靠，产品适应性差，使用范围受限，无法大规模应用，只能用于较为理想化的河流进行水文信息检测。我国中小河流众多，各河流情况不一，复杂多样，对不同环境下的水域进行监测信息传输存在较大需求和较大困难，因此提出一种能适应多种复杂条件下不同水域水文信息双向传输的通信装置就很有意义。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种双向水文缆道通信电路及装置，以适应多种复杂条件下不同水域水文信息的双向传输。
为实现上述目的，本实用新型提供一种双向水文缆道通信电路，包括水下信号收发电路和岸上信号收发电路；
所述水下信号收发电路包括传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电池电源管理电路，所述传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA调制/解调电路、CPU电路和传感器输入输出接口电路依次电性连接，所述传感器输入输出接口电路与所述FPGA调制/解调电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电池电源管理电路与前述整个电路电性连接；
所述岸上信号收发电路包括数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电源管理电路，所述数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA解调/调制电路、CPU电路和数据输入输出接口电路依次电性连接，所述数据输入输出接口电路与FPGA解调/调制电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电源管理电路与前述整个电路电性连接。
进一步的，所述水下信号收发电路和岸上信号收发电路之间通过架空缆道进行信号的双向通信。
本实用新型还提供一种双向水文缆道通信装置，集成有如权利要求1或2所述的水文缆道双向通信电路。
还包括水下信号收发装置和岸上信号收发装置，所述水下信号收发装置中集成有水下信号收发电路，所述岸上信号收发装置中集成有岸上信号收发电路；所述水下信号收发装置和所述岸上信号收发装置通过架空缆道、水体连接形成回路。
进一步的，所述水下信号收发装置包括信号筒，所述信号筒安装于铅鱼体上，所述信号筒内集成有水下信号收发电路，将铅鱼体采集的信号通过架空缆道传输至岸上信号收发装置，所述岸上信号收发装置包括接收盒，所述接收盒与入水极板相连，所述接收盒内集成有岸上信号收发电路，接收从架空缆道传输过来的信号后，将返回信号再通过架空缆道发送至水下信号收发装置，实现双向通信。
进一步的，所述信号筒包括信号端、套筒、电池端，所述信号端与所述电池端分别与所述套筒两端螺纹连接。
进一步的，所述接收盒包括底座和盒盖，所述底座与盒盖组成保护壳，保护壳上设有电源、缆道、极板和通用接口。
本实用新型的技术原理：
利用缆道和水体构成信号传输回路，当水中的水下信号收发装置发射信号时，岸上的信号接收装置接收信号，当岸上的信号接收装置发送返回信号时，水中的水下信号收发装置接收信号，通过同一回路传输不同的载波信号实现各种信号的传输；本实用新型采用基于FPGA的FSK调制解调技术对输入输出信号进行调制和解调，实现水下信号收发装置与岸上信号收发装置的双向高速通信，传输速率可达10kHz；采用半双工通信方式，节约传输线路，避免接收过程和发送过程同时进行的情况；设置磁隔离的接口电路，实现方波信号与交流信号的转换即输入输出信号的转换，增强信号有效性；设置传感器输入输出接口和数据输入输出接口，实现信号实时双向可靠传输，信号传输速率高。
本实用新型的有益效果是：采用本水文缆道通信电路，可实现水文信息可变发射功率的双向传输；同时可实现10kHz左右水文缆道信息双向传输。以此适应多种复杂条件下不同水域水文信息的双向传输。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的水文缆道双向通信电路的原理框图。
图2是本实用新型的水文缆道双向通信装置示意图。
图3是本实用新型的信号筒结构图。
图4是本实用新型的接收盒结构图。
1-信号筒，2-接收盒，3-入水极板，4-铅鱼体，5-架空缆道，11-信号端，12-套筒，13-电池端，21-底座，22-盒盖。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型提供一种双向水文缆道通信电路，包括水下信号收发电路和岸上信号收发电路，所述水下信号收发电路和岸上信号收发电路之间通过架空缆道5进行信号的双向通信。
所述水下信号收发电路包括传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电池电源管理电路，所述传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA调制/解调电路、CPU电路和传感器输入输出接口电路依次电性连接，所述传感器输入输出接口电路与所述FPGA调制/解调电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电池电源管理电路与前述整个电路电性连接。
所述岸上信号收发电路包括数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电源管理电路，所述数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA解调/调制电路、CPU电路和数据输入输出接口电路依次电性连接，所述数据输入输出接口电路与FPGA解调/调制电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电源管理电路与前述整个电路电性连接。
上述电路中所有的构成元件均为市售元件，将各部分电路集成在一起，在电路布局时，可使用四层印制板，按信号的完整性和电源完整性的布局和走线，合理地考虑印制板的分布电感和分布电容，信号可靠性增强。
所述水下信号收发电路中所述传感器输入输出接口电路将采集信号由所述CPU电路控制传送至所述FPGA调制/解调电路中，所述FPGA调制/解调电路的集成芯片将数据接收端接收到的数据信号进行调制并通过载波发送端发送载波信号至所述信号功率放大电路，所述信号功率放大电路将载波信号放大后发送至所述接口电路，所述接口电路通过架空缆道将信号发送给岸上信号收发装置。且所述水下信号收发电路通过架空缆道接收到所述岸上信号收发电路发送的返回信号，所述水下信号收发电路中所述接口电路将接收到的返回信号经所述信号放大电路的放大后送到所述FPGA调制/解调电路，所述FPGA调制/解调电路的集成芯片将载波接收端接收到的返回信号进行解调，所述CPU电路控制解调后的数据信号传输至所述传感器输入输出接口电路。如此循环往复，实现所述水下信号收发电路与所述岸上信号收发电路的双向通信，且所述CPU电路可直接控制信号接收电路进行信号接收。
所述岸上信号收发电路中所述接口电路接收所述水下信号收发电路通过架空缆道发送的载波信号，所述接口电路将接收到的载波信号经所述信号放大电路的放大后送到所述FPGA解调/调制电路，所述FPGA解调/调制电路的集成芯片将载波接收端接收到的载波信号进行解调，所述CPU电路控制解调后的数据信号传输到所述数据输入输出接口电路。同时，所述CPU电路发送返回信号到所述FPGA解调/调制电路，所述FPGA解调/调制电路的集成芯片将数据接收端接收到的返回信号进行调制并通过载波发送端发送载波信号到所述信号功率放大电路，所述信号功率放大电路将载波信号发送至所述接口电路，所述接口电路通过架空缆道将信号发送给所述水下信号收发电路。如此循环往复，实现所述水下信号收发电路与所述岸上信号收发电路的双向通信。且所述CPU电路可直接控制信号接收电路进行信号接收。
如图2所示，本实用新型还提供一种双向水文缆道通信装置，集成有上述水文缆道双向通信电路。主要包括水下信号收发装置和岸上信号收发装置，所述水下信号收发装置中集成有水下信号收发电路，所述岸上信号收发装置中集成有岸上信号收发电路；所述水下信号收发装置和所述岸上信号收发装置通过架空缆道5、水体连接形成回路。
所述水下信号收发装置包括信号筒1，所述信号筒1安装于铅鱼体4上，所述信号筒1内集成有水下信号收发电路，将铅鱼体4采集的信号通过架空缆道5传输至岸上信号收发装置，所述岸上信号收发装置包括接收盒2，所述接收盒2与入水极板3相连，所述接收盒2内集成有岸上信号收发电路，接收从架空缆道5传输过来的信号后，将返回信号再通过架空缆道5发送至水下信号收发装置，实现双向通信。
如图3所示，所述信号筒1包括信号端11、套筒12、电池端13，所述信号端11与所述电池端13分别与所述套筒12两端螺纹连接。信号端11外装有航空插头，用于内部与电缆接线便于信号的传输，内端装有固定块，用于固定，外圈有外螺纹。所述套筒12为圆筒型，两端都有内螺纹，分别用于与信号端11和电池端13的连接，连接处有一圈树脂胶，增强密封性。圆筒中间有一层隔板，隔板中心为可导电金属，用于电池与的电源连接，便于电池的替换。所述电池端13装有弹簧，装电池用于供电，外圈有外螺纹。
如图4所示，所述接收盒2包括底座21和盒盖22，所述底座21与盒盖22组成保护壳，保护壳有五个接口，分别为电源+，电源-、缆道、极板和通用接口，用于岸上信号收发装置的电源供给和信号的输入输出。
本装置的工作过程是：
将所述水下信号收发装置安装于铅鱼体上，铅鱼体入水时，铅鱼体和岸上收发装置的极板通过水体连接，于是铅鱼体、水体、岸上收发装置和缆道就构成了一个完整的双向收发回路，铅鱼体入水检测传感器检测到入水，电源正常供电，水下收发装置开始工作，通过缆道来收发信息给岸上收发装置。
水下信号收发装置中的传感器输入输出电路将采集信号由CPU电路控制传送至FPGA对信号进行调制，调制完成后信号又经功率放大后传输至接口电路，接口电路将方波信号转换为交流信号通过架空缆道传输给岸上信号收发装置。
岸上信号收发装置接收到信号，接口电路将交流信号转换成方波信号并发送至信号接收电路，信号接收后经信号功率放大电路放大送至FPGA调制/解调电路，解调后的信号由CPU电路控制传输至数据输入输出电路，同时CPU电路发送返回信号至FPGA调制/解调电路，调制后信号又经功率放大传输至接口电路，通过架空缆道传输给水下信号收发装置。
水下信号收发装置接收到信号，接口电路将信号发送至信号接收电路，信号接收后经信号功率放大电路放大送至FPGA调制/解调电路进行解调，解调后的信号由CPU电路控制传输至传感器输入输出电路。铅鱼体入水后采集到流速和触底等信号时，水下信号收发装置将采集的水下信息按照此方法进行传输。
若水下信号收发装置通过架空缆道成功将信号发送岸上信号收发装置，岸上信号收发装置通过架空缆道成功将信号接收，并成功将返回信号通过架空缆道发送至水下信号收发装置，水下信号收发装置通过架空缆道成功将信号接收，则水下信号收发装置发送下一次采集信号，否则继续发送本次采集信号，直至信号双向通信完毕。如此循环往复，实现信号双向通信。若水下信号收发装置未采集到信号，电路进入待机状态，若水下信号收发装置采集到信号，电路立马进入工作状态，与岸上信号收发装置进行双向通信。
本装置还可以对水文信息包括水位、流量、泥沙、水温等数据进行实时传输，使人们能够及时了解到水下的实时情况，避免人工检测所带来的滞后性，具有实时性；通过CPU电路可直接控制信号接收电路进行信号接收，可产生任意频率的交流信号，信号可靠性强，数据精确度高；增加了传感器接口和数据接口电路，实现高速率切换，信号传输速率高，可达10KHz；传输信号为交流信号，功率可调，解决了由于河流宽传输距离远，需要较长波长信号的问题；低功耗，实现资源合理分配。
综上所述：本实用新型实现不同复杂条件下水域中信号的实时双向传输；实现的稳定工作及信号的可靠性传输，适用于我国绝大多数水域的水下信号测验；本实用新型实现了收发信号的调制解调和隔离放大，提高了信号传输的抗干扰性和信号的可靠性传输；实现不同状态下资源的合理利用，低功耗，使用周期长；实现方波信号与交流信号的转换，信号传输有效性增强；本实用新型结构简单、容易实现，且所述构成元件均为市售元件且成本低。
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种双向水文缆道通信电路，其特征在于，
包括水下信号收发电路和岸上信号收发电路；
所述水下信号收发电路包括传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电池电源管理电路，所述传感器输入输出接口电路、CPU电路、FPGA调制/解调电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA调制/解调电路、CPU电路和传感器输入输出接口电路依次电性连接，所述传感器输入输出接口电路与所述FPGA调制/解调电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电池电源管理电路与前述整个电路电性连接；
所述岸上信号收发电路包括数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路、信号接收电路、信号放大电路、接口电路、电源管理电路，所述数据输入输出接口电路、CPU电路、FPGA解调/调制电路、信号功率放大电路和接口电路依次电性连接，且所述接口电路、信号接收电路、信号放大电路、FPGA解调/调制电路、CPU电路和数据输入输出接口电路依次电性连接，所述数据输入输出接口电路与FPGA解调/调制电路电性连接，所述CPU电路与所述信号接收电路电性连接，所述电源管理电路与前述整个电路电性连接。
2.如权利要求1所述的一种双向水文缆道通信电路，其特征在于，
所述水下信号收发电路和岸上信号收发电路之间通过架空缆道进行信号的双向通信。
3.一种双向水文缆道通信装置，其特征在于，
集成有如权利要求1或2所述的水文缆道双向通信电路。
4.如权利要求3所述的一种双向水文缆道通信装置，其特征在于，
包括水下信号收发装置和岸上信号收发装置，所述水下信号收发装置中集成有水下信号收发电路，所述岸上信号收发装置中集成有岸上信号收发电路；所述水下信号收发装置和所述岸上信号收发装置通过架空缆道、水体连接形成回路。
5.如根据权利要求4所述的一种双向水文缆道通信装置，其特征在于，
所述水下信号收发装置包括信号筒，所述信号筒安装于铅鱼体上，所述信号筒内集成有水下信号收发电路，将铅鱼体采集的信号通过架空缆道传输至岸上信号收发装置，所述岸上信号收发装置包括接收盒，所述接收盒与入水极板相连，所述接收盒内集成有岸上信号收发电路，接收从架空缆道传输过来的信号后，将返回信号再通过架空缆道发送至水下信号收发装置，实现双向通信。
6.如权利要求5所述的一种双向水文缆道通信装置，其特征在于，
所述信号筒包括信号端、套筒、电池端，所述信号端与所述电池端分别与所述套筒两端螺纹连接。
7.如权利要求5所述的一种双向水文缆道通信装置，其特征在于，
所述接收盒包括底座和盒盖，所述底座与盒盖组成保护壳，保护壳上设有电源、缆道、极板和通用接口。
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