專利名稱：一種海洋參數現場監測設備的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于海洋儀器技術領域，具體地說，是涉及一種用于采集海洋現場參 數并對采集信息進行處理的海洋參數現場監測設備。
背景技術：
海洋參數現場監測儀器在目前的海洋監測領域中發揮著重要的作用，不僅可以提 供現場實時、連續的海洋參數信息，而且還可以對采集到的海洋參數信息進行快速、自動地 分析和處理，因此，彌補了傳統實驗室的滯后檢測不具備時效性的缺點。在海洋參數現場監測儀器中，信息的自動化采集和智能化分析處理是關鍵技術， 特別是，海洋監測儀器的特殊工作環境和可能長期無人值守時，海洋參數現場監測信息的 采集、處理和控制就起到了中堅作用，關系到海洋參數現場監測任務是否能夠自動執行、數 據是否能夠快速分析以及參數現場監測的可靠性。目前，海洋參數監測越來越趨向于多領 域多類型參數的同步監測，不僅要考慮特殊的工作環境和自動化的運行要求，還要考慮監 測傳感器的數量、特點和各種海洋參數的信息處理方法等。海洋參數現場監測信息的采集、 處理和控制任務日益繁重并提高了要求。因此，開展各種海洋參數現場監測項目時，專業科 技人員都需要花費大量時間和精力開展海洋監測信息的現場采集、處理和自動控制執行的 軟硬件技術開發，甚至高價購置國外的專業信息采集設備二次開發和使用。這些研發工作 內容接近但是不盡相同，不僅導致人力物力的極大浪費，造成研發成本的升高，而且對于系 統的整體性能也不能得到切實的保障。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種通用型的海洋參數現場監測設備，可以兼容多種 類型的傳感器，適用各種海洋參數的現場監測項目。為了解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現一種海洋參數現場監測設備，包括控制模塊、數據采集模塊以及與所述數據采集 模塊相連接的多路模擬信號傳輸通道、多路數字/脈沖信號傳輸通道和多路串行數據傳輸 通道；所述數據采集模塊通過模擬信號傳輸通道、數字/脈沖信號傳輸通道和串行數據傳 輸通道接收不同類型傳感器輸出的海洋參數采樣信號，進行信號格式的統一變換后，傳輸 至所述的控制模塊進行處理。進一步的，在所述模擬信號傳輸通道中設置有多路可編程增益放大器，接收傳感 器輸出的模擬采樣信號，進行增益放大處理后，輸出至A/D轉換器轉換生成數字信號，進而 傳輸至所述的數據采集模塊。又進一步的，所述多路可編程增益放大器的多路輸入端分別與多路模擬信號接口 對應連接，所述模擬信號接口用于連接模擬傳感器，所述多路可編程增益放大器同時接收 所述數據采集模塊輸出的通道選擇控制信號和增益選擇控制信號，在數據采集模塊的控制 下對其中一路模擬采樣信號進行增益放大處理后，輸出至所述的A/D轉換器。[0009]再進一步的，在所述多路可編程增益放大器的輸出端與A/D轉換器之間還連接有 整形濾波隔離電路。更進一步的，在所述多路可編程增益放大器的多路輸入端與多路模擬信號接口之 間還連接有用于將電流信號轉換為電壓信號的變換電路。對于所述的數字/脈沖信號傳輸通道來說，本實用新型在其中設置了用于連接數 字傳感器的數字/脈沖信號接口，將接收到的數字或者脈沖格式的采樣信號傳輸至整形電 路進行波形處理后，通過隔離電路傳輸至所述的數據采集模塊。對于所述的串行數據傳輸通道來說，本實用新型在其中設置了一個串口擴展電 路，連接數據采集模塊的其中一路UART接口，對所述UART接口進行多路擴展后，與多路用 于連接傳感器的RS-232接口對應連接。進一步的，在所述串行數據傳輸通道中還設置有另一串口擴展電路，連接數據采 集模塊的另外一路UART接口，對所述UART接口進行雙路擴展后，一路連接打印機，對現場 采集到的海洋參數進行打印輸出；另一路連接所述的控制模塊，實現數據采集模塊與控制 模塊之間的數據雙向通訊。更進一步的，所述控制模塊一方面與按鍵單元和顯示屏對應連接，以實現設備的 人機交互功能，另一方面連接硬盤和SD卡數據存儲模塊，以實現海洋數據的大容量存儲。優選的，所述數據采集模塊優選采用AVR單片機，所述控制模塊優選采用工控機， 所述工控機以有線或者無線的方式與上位機建立通信鏈接，以完成海洋參數的遠程傳輸任 務。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的海洋參數現場 監測設備可以針對各種海洋監測項目的不同要求，連接需要的海洋傳感器進行靈活配置直 接使用，對各種監測信息實現采集到分析處理的全過程操作。使用該設備不僅可以避免各 種海洋監測項目重復開展相似的研發工作，節省了精力和成本，而且，形成的專業優勢和高 性能確保了海洋參數現場監測信息的采集、處理和自動控制執行更加系統高效。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優點 將變得更加清楚。

圖1是本實用新型所提出的海洋參數現場監測設備的電路原理架構圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。本實施例針對海洋參數現場監測這一專用領域，充分考慮了目前國內海洋監測領 域的常用傳感器類型、信息處理方法、海洋參數現場監測的應用環境和現場自動化運行要 求，以及海洋監測系統對功耗和可靠性等諸多要求，提出了一種通用、智能型的海洋參數現 場監測設備，主要由硬件設備和配套軟件兩部分組成。其中，硬件設備的基本功能包括與 海洋監測任務需要的各種傳感器有效連接；根據監測任務的要求實時采集、處理并存儲各 種監測信息；實現現場海洋監測任務的輸入操作控制；連接便捷打印機實現海洋監測信息 的現場輸出等功能。配套軟件作為對參數現場監測的輔助工具，以滯后方式提供對監測信息的豐富處理功能。圖1為本實施例所提出的海洋參數現場監測設備的電路整體架構圖，主要包括控 制模塊、數據采集模塊以及多路海洋監測信息的采集傳輸通道。其中，所述控制模塊采用優 選PC-104工控機作為設備的控制核心，執行系統的集中控制和數據的處理任務；數據采集 模塊優選采用AVR單片機實現，以簡化電路設計。本實施例以下僅以PC-104工控機和AVR 單片機為例進行具體說明。在本實施例的海洋監測信息采集傳輸通道中，設置有多路模擬信號傳輸通道、多 路數字/脈沖信號傳輸通道和多路串行數據傳輸通道，分別與所述的AVR單片機相連接，將 不同類型的傳感器檢測輸出的采樣信號傳輸至單片機進行統一處理。其中，在所述模擬信 號傳輸通道中設置有多路模擬信號接口，比如8路，如圖1所示，可以對應連接8路模擬傳 感器，比如風向、氣溫、氣壓、溫度、濕度等海洋監測常用的傳感器，接收模擬傳感器輸出的 模擬采樣信號，一般為4-20mA的模擬電流信號，通過I/V變換電路將電流信號轉換成電壓 信號后，傳輸至多路可編程增益放大器進行增益放大處理。所述多路可編程增益放大器的 多路輸入端分別與I/V變換電路的多路輸出端對應連接，在AVR單片機輸出的通道選擇控 制信號和增益選擇控制信號的共同作用下，選擇對I/V變換電路轉換輸出的其中一路電壓 信號進行增益放大處理，通過整形濾波隔離電路進行波形整形后，輸出至A/D轉換器，以將 模擬信號轉換成數字信號，傳輸至所述的AVR單片機，比如AVR單片機的I/O 口，完成對風 向、氣溫、氣壓、溫度、濕度等海洋現場參數的采集。在本實施例中，所述A/D轉換器可以采用12位或者以上的A/D轉換芯片實現，以 提高模數轉換精度。在所述數字/脈沖信號傳輸通道中，設置有多路數字/脈沖信號接口，比如8路， 可以對應連接8路數字傳感器，比如風速傳感器等，將傳感器輸出的數字或者脈沖格式的 采樣信號傳輸至整形電路進行波形處理，進而經隔離電路傳輸至所述的AVR單片機，比如 AVR單片機的I/O 口，完成對風速等海洋現場參數的實時采集。在所述串行數據傳輸通道中設置有兩組串口擴展電路，如圖1所示，其中一組串 口擴展電路連接AVR單片機的UARTl接口，對所述UARTl接口進行雙路擴展后，一路連接便 攜打印機，用于將現場提供的監測參數進行打印輸出；另一路通過串行總線連接PC-104工 控機，實現PC-104工控機與AVR單片機的實時通信。另外一組串口擴展電路連接AVR單片 機的UART2接口，對所述UART2接口進行多路擴展后，比如進行6路擴展，可以與6路RS-232 接口對應連接。通過所述6路RS-232接口可以與6個采用串行數據傳輸方式設計的傳感 器連接通訊，比如用于采集波浪、海流、水質和生態等類型的傳感器，以實現對該類型海洋 參數的現場采樣監測。AVR單片機將接收到的來自不同類型傳感器輸出的海洋參數采樣信號進行信號 格式的統一變換處理，按照協議要求以表格的形式通過RS-232串行總線傳輸至所述的 PC-104工控機，以進行數據的集中處理。在所述PC-104工控機的外圍設置有按鍵單元和顯示器(比如7寸液晶屏)，完成 人機對話功能，實時顯示現場監測數據、調整系統控制參數和控制系統自動運行。AVR單片 機傳輸來的海洋參數信息，通過PC-104工控機傳輸至硬盤和SD卡數據存儲模塊進行長期 保存，供海洋參數現場監測用戶日后調用。[0028]本實施例的海洋參數現場監測設備采用12V直流供電，可以直接為PC-104工控機 提供其所需的工作電壓。而對于要求5V供電的AVR單片機來說，則可以將12V的直流電源 通過5V穩壓電源模塊轉換獲得。為了實現良好的擴展能力，設備采用總線設計方式，以提供更多的設備接口。與 此同時，為了保證系統的能耗最小化，平時整套系統工作分成正常運行和睡眠兩種模式，而 AVR單片機具有8路傳感器控制端口，可以控制工作頻率較低的傳感器在待機狀態時處于 斷電狀態，以降低功耗。本實施例的海洋參數現場監測設備可以兼容海洋監測的通用傳感器，多信號通 道，大容量存儲，具有可編程應用和擴展能力，自動執行常規信息處理，提供信息現場的實 時顯示、輸入操作控制和現場便捷輸出功能，靈活配置適用各種海洋參數的現場監測項目， 盡量減少二次開發。適應海洋監測的工作環境，甚至惡劣環境，具有強抗干擾、高可靠性和 低功耗等優良性能。該設備不僅可以靈活應用于各種海洋參數的現場監測項目中，而且可 以利用其高性能和強大的可編程控制擴展能力，使其同樣適用于其它類似的信息現場監測 項目中，例如氣象、環境質量、土壤以及惡劣的極地監測等任務。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例， 本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換， 也應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種海洋參數現場監測設備，其特征在于包括控制模塊、數據采集模塊以及與所 述數據采集模塊相連接的多路模擬信號傳輸通道、多路數字/脈沖信號傳輸通道和多路串 行數據傳輸通道；所述數據采集模塊通過模擬信號傳輸通道、數字/脈沖信號傳輸通道和 串行數據傳輸通道接收不同類型傳感器輸出的海洋參數采樣信號，進行信號格式的統一變 換后，傳輸至所述的控制模塊進行處理。
2.根據權利要求1所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述模擬信號傳輸 通道中設置有多路可編程增益放大器，接收傳感器輸出的模擬采樣信號，進行增益放大處 理后，輸出至A/D轉換器轉換生成數字信號，進而傳輸至所述的數據采集模塊。
3.根據權利要求2所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于所述多路可編程增益 放大器的多路輸入端分別與多路模擬信號接口對應連接，所述模擬信號接口用于連接模擬 傳感器，所述多路可編程增益放大器同時接收所述數據采集模塊輸出的通道選擇控制信號 和增益選擇控制信號，在數據采集模塊的控制下對其中一路模擬采樣信號進行增益放大處 理后，輸出至所述的A/D轉換器。
4.根據權利要求3所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述多路可編程增 益放大器的輸出端與A/D轉換器之間還連接有整形濾波隔離電路。
5.根據權利要求3所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述多路可編程增 益放大器的多路輸入端與多路模擬信號接口之間還連接有用于將電流信號轉換為電壓信 號的變換電路。
6.根據權利要求1所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述數字/脈沖信 號傳輸通道中設置有用于連接數字傳感器的數字/脈沖信號接口，將接收到的數字或者脈 沖格式的采樣信號傳輸至整形電路進行波形處理后，通過隔離電路傳輸至所述的數據采集 模塊。
7.根據權利要求1所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述串行數據傳輸 通道中設置有一串口擴展電路，連接數據采集模塊的其中一路UART接口，對所述UART接口 進行多路擴展后，與多路用于連接傳感器的RS-232接口對應連接。
8.根據權利要求7所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于在所述串行數據傳輸 通道中還設置有另一串口擴展電路，連接數據采集模塊的另外一路UART接口，對所述UART 接口進行雙路擴展后，一路連接打印機，另一路連接所述的控制模塊。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于所述控 制模塊分別與按鍵單元、顯示屏、硬盤和SD卡數據存儲模塊對應連接。
10.根據權利要求9所述的海洋參數現場監測設備，其特征在于所述數據采集模塊為 AVR單片機，所述控制模塊為工控機，所述工控機以有線或者無線的方式與上位機建立通信 鏈接。
專利摘要本實用新型公開了一種海洋參數現場監測設備，包括控制模塊、數據采集模塊以及與數據采集模塊相連接的多路模擬信號傳輸通道、多路數字/脈沖信號傳輸通道和多路串行數據傳輸通道；所述數據采集模塊通過模擬信號傳輸通道、數字/脈沖信號傳輸通道和串行數據傳輸通道接收不同類型傳感器輸出的海洋參數采樣信號，進行信號格式的統一變換后，傳輸至控制模塊進行處理。該設備可以針對各種海洋監測項目的不同要求，連接需要的海洋傳感器進行靈活配置直接使用，對各種監測信息實現采集到分析處理的全過程操作，從而避免了各種海洋監測項目重復開展相似的研發工作，節省了精力和成本，確保了海洋參數現場監測信息的采集、處理和控制執行更加系統高效。
文檔編號G05B19/048GK201926890SQ20112003127
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者任國興, 侯廣利, 劉東彥, 劉巖, 孫繼昌, 尤小華, 張穎, 張穎穎, 曹煊, 湯永佐, 王洪亮, 王茜, 石小梅, 程同蕾, 程巖, 范萍萍, 馬然, 高楊 申請人:山東省科學院海洋儀器儀表研究所