專利名稱：基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水下無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖
面監(jiān)測浮標(biāo)。
背景技術(shù)：
錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)同時(shí)具備錨泊浮標(biāo)的長期定點(diǎn)特性和漂流式剖面監(jiān)測 浮標(biāo)的可自動(dòng)升降特性，可以獲取特定研究海域的定點(diǎn)的、長期的、高垂直分辨率的序列垂 直剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)，是近些年來發(fā)展起來的一種先進(jìn)的海洋監(jiān)測浮標(biāo)。該類浮標(biāo)通常采用兩 點(diǎn)系留式設(shè)計(jì)，即上端浮標(biāo)牽拉，下端錨碇，剖面儀在浮標(biāo)與錨碇間往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)以采集剖 面監(jiān)測數(shù)據(jù)，剖面儀獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)借助某種通信方式傳輸至浮標(biāo)體后，再由浮標(biāo)體利用 數(shù)傳電臺(tái)或通訊衛(wèi)星發(fā)送至岸基數(shù)據(jù)中心。剖面儀與浮標(biāo)體之間的通信方式若采用有線方 式，則由于剖面儀的往復(fù)升降運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致通信距離不斷變化，不僅使得傳輸線路設(shè)計(jì)困難，同 時(shí)通信的可靠性、剖面儀的安全性也難以保障。若采用無線方式，則在水下無線通信方式 中，水聲通信具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，但其成本過高，同時(shí)功耗較高，考慮 到剖面儀的自容式供電特性，無法滿足長期觀測要求；水下激光通訊通信距離遠(yuǎn)、傳輸率較 高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，同時(shí)通信的方向性要求高；水下LED光學(xué)通訊造價(jià)低、功耗低、傳 輸距離較遠(yuǎn)、但同樣存在方向性要求過高問題，若無相應(yīng)裝置保證其探頭在較小的范圍內(nèi) 對(duì)準(zhǔn)，則通訊性能將大幅下降甚至通訊中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提拱一種基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)。該浮標(biāo)可
以在剖面儀上浮或下降過程中實(shí)現(xiàn)剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的水下采集與自容式存儲(chǔ)，在浮標(biāo)體上實(shí)
現(xiàn)剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及數(shù)傳電臺(tái)或衛(wèi)星遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)，在剖面儀上浮至浮標(biāo)體底部時(shí)實(shí)現(xiàn)
剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)在剖面儀與浮標(biāo)體之間的近距離非接觸式無線傳輸，滿足剖面儀與浮標(biāo)體間
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)牡统杀?、低功耗和高可靠性要求?為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的具體技術(shù)方案是 基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)包括天線、浮標(biāo)體、浮標(biāo)體儀器倉、通訊 收發(fā)模塊、水下剖面儀、單向鎖定開關(guān)、剖面儀傳感器、系留纜和配重塊。 浮標(biāo)體的頂部設(shè)置有天線，浮標(biāo)體底部設(shè)置有下支架，下支架的底部與系留纜的 一端連接，系留纜的另一端與配重塊連接，系留纜上設(shè)置有單向鎖定裝置，單向鎖定裝置與 水下剖面儀的側(cè)壁固定設(shè)置，剖面儀傳感器設(shè)置在水下剖面儀內(nèi)腔； 浮標(biāo)體儀器倉設(shè)置在浮標(biāo)體內(nèi)，通訊收發(fā)模塊設(shè)置在浮標(biāo)體儀器倉內(nèi)。浮標(biāo)體儀
器倉內(nèi)還設(shè)置有浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊和耦合信號(hào)接收模塊，通訊收發(fā)模塊通過串口與浮標(biāo)數(shù)
據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊通過串口與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接； 系留纜上還套接有耦合信號(hào)接收線圈和耦合信號(hào)發(fā)送線圈，耦合信號(hào)接收線圈設(shè)
置在下支架上并與耦合信號(hào)接收模塊信號(hào)連接；耦合信號(hào)發(fā)送線圈與剖面儀內(nèi)腔中的耦合信號(hào)發(fā)送模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊信號(hào)連接，水下數(shù) 據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊與剖面儀傳感器信號(hào)連接。 所述的水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊包括核心板和底板，核心板和底板之間通過核心 板總線連接；所述的底板包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn) 程傳輸接口模塊、控制量接口模塊以及調(diào)試接口模塊。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波 電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻濾波電解電容Cll、 第一保險(xiǎn)絲Fl、第二保險(xiǎn)絲F2、雙排USB插頭連接器CN2。 第二高頻濾波電容CIO的一端和第一保險(xiǎn)絲F1的一端接5V電源，第一保險(xiǎn)絲F1 的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭 連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端 和第一低頻濾波電解電容C8的負(fù)極均接地； 第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險(xiǎn)絲F2的一端接5V電源，第二保險(xiǎn)絲F2 的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插 頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一 端和第二低頻濾波電解電容Cll的負(fù)極均接地； 底板剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊包括第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3、第二電平轉(zhuǎn)換芯片 U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容C22、第四倍壓電解 電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解電容C26、第八倍壓 電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29 ;第一倍壓電解電容C20的正 極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的1腳連接，負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的3腳連接，第二倍壓 電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的4腳連接，負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U3的5 腳連接，第三倍壓電解電容C22的負(fù)極、第四倍壓電解電容C23的正極和第一電平轉(zhuǎn)換芯片 U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的2腳連接， 第四倍壓電解電容C23的負(fù)極接地；第五倍壓電解電容C24負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的 6腳連接，正極接地； 第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的l腳連接，負(fù)極與第一電 平轉(zhuǎn)換芯片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U4的4腳 連接，負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負(fù)極、第九倍壓電 解電容C28的正極和第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正 極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負(fù)極接地；第十倍壓電解 電容C29負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的6腳連接，正極接地； 監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊包括第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2，第十一倍壓電解電容 C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電解電容C18、第十五 倍壓電解電容C19 ;第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的1腳連接，負(fù) 極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片 U2的4腳連接，負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的5腳連接，第十三倍壓電解電容C17負(fù)極、第 十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的16腳與5V電源連接；第十三倍壓電 解電容C17正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的2腳連接，第十四倍壓電解電容C18負(fù)極接地，第十五倍壓電解電容C19負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的6腳連接，正極接地；
控制量接口模塊包括狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5、第五高頻濾波電容C3、第三低頻 濾波電解電容C4、第一 10狀態(tài)指示燈DS2、第二 10狀態(tài)指示燈DS3、第三10狀態(tài)指示燈 DS4、第四10狀態(tài)指示燈DS5、第五10狀態(tài)指示燈DS6、第六10狀態(tài)指示燈DS7、第七10狀 態(tài)指示燈DS8、第八10狀態(tài)指示燈DS8、第九10狀態(tài)指示燈DS10、第一限流電阻R7、第二限 流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻Rll、第六限流電阻R12、第 七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15 ;第五高頻濾波電容C3 —端、第三低 頻濾波電解電容C4正極與狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸出端連接；第五高頻濾波電容C3 另一端、第三低頻濾波電解電容C4負(fù)極、狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的接地端接接地；狀態(tài) 指示燈供電調(diào)壓器U5的輸入端接5V電源； 第一限流電阻R7—端、第二限流電阻R8—端、第三限流電阻R9—端、第四限流電 阻R10 —端、第五限流電阻Rll —端、第六限流電阻R12 —端、第七限流電阻R13 —端、第八 限流電阻R14—端和第九限流電阻R15—端并聯(lián)后接狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸出端； 第一限流電阻R7另一端接第一 10狀態(tài)指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二 10狀態(tài)指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三10狀態(tài)指示燈DS4的正極，第 四限流電阻R10另一端接第四10狀態(tài)指示燈DS5的正極，第五限流電阻R11另一端接第五 10狀態(tài)指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六10狀態(tài)指示燈DS7的正極，第 七限流電阻R13另一端接第七10狀態(tài)指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八 10狀態(tài)指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九10狀態(tài)指示燈DS10的正極；
調(diào)試接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1、RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1、第一匹配電阻R1、第二 匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容C5、耐壓電容C6和隔 離電容C7 ; 第一匹配電阻Rl的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第 四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6 —端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7 —端連接 后接大地，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻Rl的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的10 腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的 另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接 頭CN1的7腳和8腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的16腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的1腳連接， 網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的14腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的2腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的11腳 與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的3腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的9腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的6腳 連接，高頻濾波電容C5的一端接網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的7腳，另一端接地；
所述的耦合信號(hào)發(fā)送模塊由數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路、功放電路構(gòu)成。數(shù)據(jù)接口通過串 口與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊信號(hào)連接，調(diào)制電路一端與數(shù)據(jù)接口信號(hào)連接，另一端與功 放電路一端信號(hào)連接，功放電路一端與調(diào)制電路信號(hào)連接，另一端與耦合信號(hào)發(fā)送線圈連 接。 所述的耦合信號(hào)接收模塊由放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電路、 數(shù)字信號(hào)還原電路和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成。其中，放大電路一端連接耦合信號(hào)接收線圈，另一端與 前端濾波電路一端信號(hào)連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號(hào)連接，檢波電路另 一端與后端濾波電路一端信號(hào)連接，后端濾波電路與數(shù)字信號(hào)還原電路一端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路另一端連接數(shù)據(jù)接口 。 所述的發(fā)送線圈和接收線圈均采用①1.2mm漆包線繞制，線圈形狀為圓形，直徑 7. 5cm，匝數(shù)為10。 所述的調(diào)制電路包括時(shí)基電路LM555，第一充放電電容Cl、第二充放電電容C2，可 調(diào)電阻R5、頻率設(shè)置電阻R6、二極管D1和運(yùn)算放大器LM318N ;第一充放電電容C1的一端和 時(shí)基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容Cl的另一端與時(shí)基電路LM555的5腳連接， 二極管Dl的陰極、時(shí)基電路LM555的6腳、時(shí)基電路LM555的2腳、頻率設(shè)置電阻R6的一 端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設(shè)置電阻R6 的另一端、二極管D1的陽極和時(shí)基電路LM555的7腳與可調(diào)電阻R5 —端連接，可調(diào)電阻R5 另一端和時(shí)基電路LM555的8腳接5V電源，可調(diào)電阻R5的可調(diào)端與時(shí)基電路LM555的7腳 連接；時(shí)基電路LM555的3腳與運(yùn)算放大器LM318N的同相輸入端連接，運(yùn)算放大器LM318N 的反相輸入端與運(yùn)算放大器LM318N的輸出端連接。 所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設(shè)置電容C6、第二截止頻率設(shè)置電容 C7，第一截止頻率設(shè)置電阻R10、第二截止頻率設(shè)置電阻Rll、第一負(fù)反饋電阻R12、第二負(fù) 反饋電阻R13和運(yùn)算放大器0P07CN ;第二截止頻率設(shè)置電阻Rll —端、第一截止頻率設(shè)置 電容C6 —端與第一截止頻率設(shè)置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設(shè)置電阻Rll另一 端、第二截止頻率設(shè)置電容C7 —端與運(yùn)算放大器0P07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率 設(shè)置電容C7另一端接地，第一截止頻率設(shè)置電容C6另一端、第二負(fù)反饋電阻R13—端與運(yùn) 算放大器0P07CN的輸出端連接，第二負(fù)反饋電阻R13另一端、第一負(fù)反饋電阻R12 —端與 運(yùn)算放大器0P07CN的反相輸入端連接，第一負(fù)反饋電阻R12另一端接地；
所述的檢波電路包括整流二極管D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運(yùn)算放 大器LF351AN。整流二極管D4 —端、第三充放電電容C8 —端、充放電電阻R14 —端與運(yùn)算 放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接 地，運(yùn)算放大器LF351AN的反相輸入端與運(yùn)算放大器LF351AN的輸出端連接。
所述的數(shù)字信號(hào)還原電路包括濾波電解電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置 電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電 阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器 LM339AN和集成與非門SN74LS00N ; 第一偏置電阻R22 —端、第二偏置電阻R23 —端、電壓比較器LM339AN的5腳和電 壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的負(fù)端連接，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上 限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓 電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21 —端接+5V，電壓比較 器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門 SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地； 電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓 分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3 腳和第二上拉電阻R26 —端接+5￥，第二上拉電阻R26另一端、電壓比較器LM339AN的1腳 與集成與非門SN74LS00N的12腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地，集成與 非門SN74LS00N的5腳與11腳連接，集成與非門SN74LS00N的6腳與13腳連接;
本發(fā)明提出的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)，其剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸過程具有非接觸 特性，使得錨泊自升降監(jiān)測浮標(biāo)的剖面儀與浮標(biāo)體可采用分離式設(shè)計(jì)，二者之間除系留纜 外，無需添加額外的通信線路，既保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性，同時(shí)也保障了監(jiān)測浮標(biāo)的安全 性。此外，本發(fā)明提出的水下無線數(shù)據(jù)傳輸裝置基于電磁感應(yīng)原理，對(duì)于收、發(fā)線圈相對(duì)位 置的方向性要求較低，可以在較大的空間角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)近距離非接觸式無線傳輸，除此 之外，該裝置還具有成本低、功耗小等一系列優(yōu)點(diǎn)，與水聲通訊、水下光學(xué)通訊等背景技術(shù) 相比，更加適合實(shí)現(xiàn)剖面儀與浮標(biāo)體之間的近距離非接觸式無線數(shù)據(jù)傳輸。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)傳輸示意圖；圖3為圖2中水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊和浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊示意4為圖3中核心板總線示意圖；圖5為圖3中底板數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊示意圖；圖6為圖3中底板剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊示意圖；圖7為圖3中監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊示意圖；圖8為圖3中控制量接口模塊示意圖；圖9為圖3中調(diào)試接口模塊示意圖；圖10為圖2中的耦合信號(hào)發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖2中的耦合信號(hào)接收模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為圖2中的發(fā)送線圈和接收線圈示意圖；圖13為圖10中的調(diào)制電路示意圖；圖14為圖11中的前端濾波電路示意圖；圖15為圖11中的檢波電路示意圖；圖16為圖11中的數(shù)字信號(hào)還原電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 如圖1所示(圖中曲線為水面)，基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)，包括 天線1 、浮標(biāo)體2、浮標(biāo)體儀器倉3、通訊收發(fā)模塊4、水下剖面儀9、單向鎖定開關(guān)10、剖面儀 傳感器13、系留纜14和配重塊15。 浮標(biāo)體2的頂部設(shè)置有天線l，浮標(biāo)體2底部設(shè)置有下支架，下支架的底部與系留 纜14的一端連接，系留纜14的另一端與配重塊15連接，系留纜14上設(shè)置有單向鎖定裝置 IO，單向鎖定裝置10與水下剖面儀9的側(cè)壁固定設(shè)置，剖面儀傳感器13設(shè)置在水下剖面儀 9內(nèi)腔； 浮標(biāo)體儀器倉3設(shè)置在浮標(biāo)體2內(nèi)，通訊收發(fā)模塊4設(shè)置在浮標(biāo)體儀器倉3內(nèi)。浮 標(biāo)體儀器倉3內(nèi)還設(shè)置有浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊5和耦合信號(hào)接收模塊6，通訊收發(fā)模塊4通過 串口與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊5信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊6通過串口與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊 5信號(hào)連接；
系留纜14上還套接有耦合信號(hào)接收線圈7和耦合信號(hào)發(fā)送線圈8，耦合信號(hào)接收 線圈7設(shè)置在下支架上并與耦合信號(hào)接收模塊6信號(hào)連接；耦合信號(hào)發(fā)送線圈8與剖面儀 9內(nèi)腔中的耦合信號(hào)發(fā)送模塊11信號(hào)連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊11與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模 塊12信號(hào)連接，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12與剖面儀傳感器13信號(hào)連接。
天線1可以選用數(shù)傳電臺(tái)天線或衛(wèi)星通訊天線，耦合信號(hào)接收模塊6與耦合信號(hào) 接收線圈7采用雙芯水密電纜連接；耦合信號(hào)發(fā)送模塊11與耦合信號(hào)發(fā)送線圈8也采用雙 芯水密電纜連接；水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12與耦合信號(hào)發(fā)送模塊11采用RS232串口連 接。 如圖2所示，數(shù)據(jù)傳輸主要依靠水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12、耦合信號(hào)發(fā)送模塊 11、耦合信號(hào)發(fā)送線圈8、耦合信號(hào)接收線圈7、耦合信號(hào)接收模塊6以及浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊 5。其中，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12與耦合信號(hào)發(fā)送模塊11之間采用RS232串口相連接； 耦合信號(hào)發(fā)送模塊11與耦合信號(hào)發(fā)送線圈8之間可直接采用普通導(dǎo)線連接，耦合信號(hào)發(fā)送 線圈8置于水下時(shí)需采用雙芯水密導(dǎo)線；耦合信號(hào)接收線圈7與耦合信號(hào)接收模塊6之間 的連接方式與發(fā)送模塊11、線圈8之間的連接方式類似；耦合信號(hào)接收模塊6與浮標(biāo)數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)發(fā)模塊5之間采用RS232串口相連接。 如圖3所示，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12包括核心板5-1和底板5-2，核心板 5-1和底板5-2之間通過核心板總線5-3連接；所述的底板5-2包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5_2_1、 剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊5-2-2、監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊5-2-3、控制量接口 模塊5-2-4以及調(diào)試接口模塊5-2-5。其中，核心板5-1采用成都英創(chuàng)信息技術(shù)有限公司 EM9160ARM9工控主板；核心板5_1與底板5_2之間采用核心板總線5_3相連接。
如圖4所示，核心板總線5-3包含EM9160_CN1和EM9160_CN2兩個(gè)針狀雙排插座。 依據(jù)信號(hào)線間的相互邏輯關(guān)系以及實(shí)現(xiàn)的功能，可分為RJ45網(wǎng)絡(luò)接口信號(hào)線(CNll-6)、 USB接口信號(hào)線(CN17、8、23、24)、串口信號(hào)線(CN113-22、25、26、29-34) 、 GPIO接口信號(hào)線 (CN110、12、35、36， CN28、33-36)以及擴(kuò)展總線(CN23、7、9、 10、 12、 13-24)。
核心板5-1以ARM9芯片AT91SAM9260為CPU，負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)加載和系統(tǒng)初始化，借 助核心板總線5-3實(shí)現(xiàn)核心板5-1與底板5-2之間的通訊、底板5-2各模塊間的協(xié)調(diào)、剖面 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)控制以及借助耦合信號(hào)發(fā)送模塊11發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)等功能。
如圖5所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5-2-1包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容 C10、第三高頻濾波電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻 濾波電解電容Cll、第一保險(xiǎn)絲Fl、第二保險(xiǎn)絲F2、雙排USB插頭連接器CN2。第一高頻濾 波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波電容C12和第四高頻濾波電容C13的容量 值均為0. luF，第一低頻濾波電解電容C8和第二低頻濾波電解電容Cll容量值均為10uF， 第一保險(xiǎn)絲Fl和第二保險(xiǎn)絲F2熔斷電流為0. 5A。 第二高頻濾波電容C10的一端和第一保險(xiǎn)絲Fl的一端接5V電源，第一保險(xiǎn)絲Fl 的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭 連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端 和第一低頻濾波電解電容C8的負(fù)極均接地； 第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險(xiǎn)絲F2的一端接5V電源，第二保險(xiǎn)絲F2 的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一 端和第二低頻濾波電解電容Cll的負(fù)極均接地； 雙排USB插頭連接器CN2的2、3、6、7腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的 24、23、8、7腳，雙排USB插頭連接器CN2的4、8腳均接于信號(hào)地；雙排USB插頭連接器CN2 的9-12腳均接于大地。 底板數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊5-2-1的作用為提供U盤接口 ，可同時(shí)連接兩個(gè)大容量U盤供 核心板5-1訪問，實(shí)現(xiàn)剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的水下自容式存儲(chǔ)或浮標(biāo)體中轉(zhuǎn)存儲(chǔ)。
如圖6所示，底板剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊5-2-2包括第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3、 第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容 C22、第四倍壓電解電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解 電容C26、第八倍壓電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29 ;第一倍壓 電解電容C20的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的1腳連接，負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的3 腳連接，第二倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的4腳連接，負(fù)極與第二電 平轉(zhuǎn)換芯片U3的5腳連接，第三倍壓電解電容C22的負(fù)極、第四倍壓電解電容C23的正極 和第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉(zhuǎn)換 芯片U3的2腳連接，第四倍壓電解電容C23的負(fù)極接地；第五倍壓電解電容C24負(fù)極與第 一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的6腳連接，正極接地； 第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的l腳連接，負(fù)極與第一電 平轉(zhuǎn)換芯片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U4的4腳 連接，負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負(fù)極、第九倍壓電 解電容C28的正極和第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正 極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負(fù)極接地；第十倍壓電解 電容C29負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的6腳連接，正極接地； 倍壓電解電容容量值均為0. luF，第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的9腳、10腳、11腳、12腳 分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的25腳、30腳、26腳和29腳，U3的7腳、8腳分別接 JP4的1腳、2腳，U3的14腳、13腳分別接JP5的1腳、2腳，U3的15、 16腳分別接信號(hào)地 和5V電源；U4的9腳、10腳、11腳、12腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的32腳、31 腳、33腳和34腳，U4的7腳、8腳分別接JP6的1腳、2腳，U4的14腳、13腳分別接JP7的 1、2腳，U4的15腳、16腳分別接信號(hào)地和5V電源，JP3的1、2腳直接接于核心板總線5_3 中EM9160_CN1的21、22腳。 底板剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊5-2-2可提供5個(gè)3線RS232串口 。當(dāng)?shù)装?_1 用于水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12時(shí)，可借助這5個(gè)3線RS232串口同時(shí)訪問5個(gè)測量不同 參數(shù)的水下傳感器以實(shí)現(xiàn)水下5種剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集；而當(dāng)?shù)装?-1用于浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 模塊5時(shí)，可在5個(gè)3線RS232串口中任選一個(gè)用于從耦合信號(hào)接收模塊6中獲取剖面監(jiān) 測數(shù)據(jù)。 如圖7所示，監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊5-2-3包括第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2，第 十一倍壓電解電容C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電 解電容C18、第十五倍壓電解電容C19 ;第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片 U2的1腳連接，負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的4腳連接，負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的5腳連接，第十三倍壓電 解電容C17負(fù)極、第十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的16腳與5V電源 連接；第十三倍壓電解電容C17正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的2腳連接，第十四倍壓電解 電容C18負(fù)極接地，第十五倍壓電解電容C19負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的6腳連接，正 極接地； 五個(gè)倍壓電解電容個(gè)容量值均為0. luF， U2的11腳、12腳分別接核心板總線5_3 中EM9160_CN1的14腳、13腳，U2的13、 14腳分別接標(biāo)準(zhǔn)RS232DB9連接器JP2的3、2腳， U2的15、 16腳分別接信號(hào)地和5V電源；JP2的5腳接信號(hào)地，JP2的1腳、4腳、6腳、7腳、8 腳和9腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的20腳、18腳、17腳、16腳、15腳和19展卩。
監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊5-2-3提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)9線RS232串口。當(dāng)?shù)装?5-1用于水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12時(shí)，可借助該9線RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至耦合信號(hào) 發(fā)送模塊11 ;當(dāng)?shù)装?-1用于浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊5時(shí)，該9線RS232串口用于將剖面監(jiān)測 數(shù)據(jù)發(fā)送至浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊5，再由浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊5進(jìn)行剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)。
如圖8所示，控制量接口模塊5-2-4包括狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5、第五高頻濾 波電容C3、第三低頻濾波電解電容C4、第一 10狀態(tài)指示燈DS2、第二 10狀態(tài)指示燈DS3、第 三10狀態(tài)指示燈DS4、第四10狀態(tài)指示燈DS5、第五10狀態(tài)指示燈DS6、第六10狀態(tài)指示 燈DS7、第七10狀態(tài)指示燈DS8、第八10狀態(tài)指示燈DS8、第九10狀態(tài)指示燈DS10、第一限 流電阻R7、第二限流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻Rll、第六 限流電阻R12、第七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15 ;第五高頻濾波電容 C3 —端、第三低頻濾波電解電容C4正極與狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸出端連接；第五 高頻濾波電容C3另一端、第三低頻濾波電解電容C4負(fù)極、狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的接 地端接接地；狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸入端接5V電源； 第一限流電阻R7—端、第二限流電阻R8—端、第三限流電阻R9—端、第四限流電 阻R10 —端、第五限流電阻Rll —端、第六限流電阻R12 —端、第七限流電阻R13 —端、第八 限流電阻R14—端、第九限流電阻R15—端并聯(lián)后接狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸出端； 第一限流電阻R7另一端接第一 10狀態(tài)指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二 10狀態(tài)指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三10狀態(tài)指示燈DS4的正極，第 四限流電阻R10另一端接第四10狀態(tài)指示燈DS5的正極，第五限流電阻Rll另一端接第五 10狀態(tài)指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六10狀態(tài)指示燈DS7的正極，第 七限流電阻R13另一端接第七10狀態(tài)指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八 10狀態(tài)指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九10狀態(tài)指示燈DS10的正極；
第五高頻濾波電容C3容量值為0. luF的、第三低頻濾波電解電容C4容量值為 10uF，控制量接口模塊5-2-4可提供9個(gè)GPIO用于接收或輸出數(shù)字開關(guān)信號(hào)，9個(gè)狀態(tài)指示 燈用于顯示對(duì)應(yīng)的GPIO 口開關(guān)狀態(tài)，便于調(diào)試。當(dāng)?shù)装?-l用于水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊 12時(shí)，可借助這些GPIO實(shí)現(xiàn)對(duì)單向鎖定開關(guān)10或其他相關(guān)水下設(shè)備的控制。
如圖9所示，調(diào)試接口模塊5-2-5包括網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1、RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1、第 一匹配電阻Rl、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容 C5、耐壓電容C6和隔離電容C7 ; 第一匹配電阻Rl的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6 —端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7 —端連接，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻R1的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的10腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的7腳和8腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的16腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的1腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的14腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的11腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的3腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的9腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的6腳連接，高頻濾波電容C5的一端接網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器Ul的7腳，另一端接地； 第六高頻濾波電容C5容量值為0. luF，耐壓電容C6參數(shù)為10nF/2kV，隔離電容C7容量值為0. luF， Ul的1腳、2腳、3腳、6腳和8腳分別接于核心板總線5-3中EM9160_CN1的1展p、9展P、2展P、3腳和4展P， Ul的9腳、11腳、14腳、16腳分別接于CN1的6展P、3展卩、2腳、1腳;CN1的11腳、12腳分別接于核心板總線5-3中EM9160_CN1的5、6腳;
調(diào)試接口模塊5-2-5提供網(wǎng)絡(luò)調(diào)試接口，用于程序調(diào)試。 如圖lO所示，耦合信號(hào)發(fā)送模塊ll由數(shù)據(jù)接口 11-1、調(diào)制電路11-2、功放電路11-3構(gòu)成。數(shù)據(jù)接口 11-1通過串口與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12，調(diào)制電路11-2—端與數(shù)據(jù)接口 11-1信號(hào)連接，另一端與功放電路11-3 —端信號(hào)連接，功放電路11-3 —端與調(diào)制電路ll-2信號(hào)連接，另一端與耦合信號(hào)發(fā)送線圈8連接。其中，數(shù)據(jù)接口 11-1采用RS232串口，用于連接水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12，以便接收待發(fā)送的剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)；調(diào)制電路ll-2用于將待發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)采用幅度鍵控(ASK)方式調(diào)制到一定頻率的載波信號(hào)上；功放電路采用甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路，用于將經(jīng)過調(diào)制的待發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行功率放大。 如圖11所示，耦合信號(hào)接收模塊6由放大電路6-l、前端濾波電路6-2、檢波電路6-3、后端濾波電路6-4、數(shù)字信號(hào)還原電路6-5和數(shù)據(jù)接口 6-6構(gòu)成。其中，放大電路6-1 —端連接耦合信號(hào)接收線圈7，另一端與前端濾波電路6-2 —端信號(hào)連接，前端濾波電路6-2另一端與檢波電路6-3 —端信號(hào)連接，檢波電路6-3另一端與后端濾波電路6-4 —端信號(hào)連接，后端濾波電路6-4與數(shù)字信號(hào)還原電路6-5 —端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路6-5另一端連接數(shù)據(jù)接口 6-6。 其中，放大電路6-1采用集成運(yùn)放構(gòu)成的電壓放大電路實(shí)現(xiàn)接收線圈7上微弱電壓信號(hào)的放大；前端濾波電路采用集成運(yùn)放構(gòu)成的有源低通濾波器濾除傳輸過程中產(chǎn)生的高頻噪聲信號(hào)；檢波電路用于獲取已發(fā)生畸變的基帶信號(hào)；后端濾波電路采用集成運(yùn)放構(gòu)成的有源低通濾波器，用于進(jìn)一步濾除高頻干擾信號(hào)；數(shù)字信號(hào)還原電路6-5用于將后端濾波電路6-4產(chǎn)生的模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)；數(shù)據(jù)接口采用RS232串口將還原的數(shù)字信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)接收終端。 如圖12所示，發(fā)送線圈8和接收線圈7的參數(shù)和繞制方法一致，均采用①1.2mm漆包線繞制，線圈形狀為圓形，直徑7. 5cm，匝數(shù)為10。繞制好的線圈具有兩個(gè)端子，若將線圈作為發(fā)送線圈8，則其中一個(gè)端子連接功放電路ll-3的輸出端，另一端連接耦合信號(hào)發(fā)送模塊11的接地端；若將線圈作為接收線圈7，則其中一個(gè)端子連接放大電路6-1的輸出端，另一端連接耦合信號(hào)接收模塊6的接地端。 如圖13所示，所述的調(diào)制電路11-2包括時(shí)基電路LM555，第一充放電電容C1、第二充放電電容C2，可調(diào)電阻R5、頻率設(shè)置電阻R6、充放電引導(dǎo)二極管Dl和運(yùn)算放大器；第一充放電電容Cl的一端和時(shí)基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容Cl的另一端與時(shí)基電路LM555的5腳連接，充放電引導(dǎo)二極管D1的陰極、時(shí)基電路LM555的6腳、時(shí)基電路LM555的2腳、頻率設(shè)置電阻R6的一端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設(shè)置電阻R6的另一端、充放電引導(dǎo)二極管D1的陽極和時(shí)基電路LM555的7腳與可調(diào)電阻R5 —端連接，可調(diào)電阻R5另一端和時(shí)基電路LM555的8腳接5V電源，可調(diào)電阻R5的可調(diào)端與時(shí)基電路LM555的7腳連接；時(shí)基電路LM555的3腳與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，運(yùn)算放大器的反相輸入端與運(yùn)算放大器的輸出端連接。
調(diào)制電路5-2的作用就是將待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行ASK載波調(diào)制，LM555通過R5、 R6、 C2產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)，R5選用10KQ的可變電阻，R6選用3KQ電阻，C2選用0. OOluF電容，通過調(diào)節(jié)R5的阻值就可產(chǎn)生頻率為200KHz的載波，C1選用0. luF電容，D1選用普通二極管，通過待發(fā)送數(shù)據(jù)在復(fù)位端的變化，就可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行ASK調(diào)制，并最終通過LM555的3引腳將調(diào)制后的信號(hào)輸出，LM318N用做電壓跟隨器，增大輸出信號(hào)的帶負(fù)載能力。
如圖14所示，所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設(shè)置電容C6、第二截止頻率設(shè)置電容C7，第一截止頻率設(shè)置電阻R10、第二截止頻率設(shè)置電阻Rll、第一負(fù)反饋電阻R12、第二負(fù)反饋電阻R13和運(yùn)算放大器0P07CN ; 第二截止頻率設(shè)置電阻R11—端、第一截止頻率設(shè)置電容C6—端與第一截止頻率設(shè)置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設(shè)置電阻Rll另一端、第二截止頻率設(shè)置電容C7一端與運(yùn)算放大器0P07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率設(shè)置電容C7另一端接地，第一截止頻率設(shè)置電容C6另一端、第二負(fù)反饋電阻R13 —端與運(yùn)算放大器0P07CN的輸出端連接，第二負(fù)反饋電阻R13另一端、第一負(fù)反饋電阻R12 —端與運(yùn)算放大器0P07CN的反相輸入端連接，第一負(fù)反饋電阻R12另一端接地； 前端濾波電路6-2的作用為濾除信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的高頻噪聲信號(hào)，C6、 C7選擇0. 001uF電容，R10、R11選用680Q電阻，R12選用10KQ電阻，R13選用4. 7K Q電阻，與運(yùn)算放大器0P07CN—起構(gòu)成有源低通濾波器，濾除載波頻率200KHz以外的高頻噪聲信號(hào)。經(jīng)濾波后的信號(hào)輸出至檢波電路6-3。 如圖15所示，所述的檢波電路6-3包括整流二極管D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運(yùn)算放大器LF351AN。整流二極管D4 —端、第三充放電電容C8 —端、充放電電阻R14—端與運(yùn)算放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接地，運(yùn)算放大器LF351AN的反相輸入端與運(yùn)算放大器LF351AN的輸出端連接。 檢波電路6-3的作用是將調(diào)制在載波信號(hào)上的有用耦合信號(hào)解調(diào)出來，D4選用肖特基二極管，C8選用0. OluF電容，R14選用1. 5K Q電阻，D4、 C8、 R14構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的二極管整流檢波電路，將波特率為9600bps的有用信號(hào)解調(diào)出來。LF351AN用作電壓跟隨器，增大輸出信號(hào)的帶負(fù)載能力。包絡(luò)檢波后的信號(hào)輸出至后端濾波電路6-4。 如圖16所示，所述的數(shù)字信號(hào)還原電路6-5包括濾波電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器LM339AN和集成與非門SN74LS00N ;
第一偏置電阻R22 —端、第二偏置電阻R23 —端、電壓比較器LM339AN的5腳和電壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的一端，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21 —端接+5V，電壓比較器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地； 電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第二上拉電阻R26 —端接+5V，第二上拉電阻R26另一端與電壓比較器LM339AN的1腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地； 數(shù)字信號(hào)還原電路6-5的作用是將后端濾波電路6-4輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。電容C12選用10uF電容，用于使后端濾波電路6-4輸出的信號(hào)更加平滑；電阻R19、R24選用1KQ電阻，R20、R25選用10KQ可變電阻，R21、 R22、 R23、 R26選用10KQ電阻，與LM339AN構(gòu)成閾值比較電路，并與SN74LS00N構(gòu)成施密特觸發(fā)電路，將9600bps的數(shù)字信號(hào)還原出來，還原后的信號(hào)即為水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊12發(fā)出的剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的工作過程為剖面儀在下降或升浮過程中其內(nèi)部搭載的傳感器通過傳感器數(shù)據(jù)接口將剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行自容存儲(chǔ)；當(dāng)剖面儀上浮至浮標(biāo)體底部一定距離范圍內(nèi)，耦合信號(hào)收發(fā)模塊可以建立穩(wěn)定的通訊連接時(shí)，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊發(fā)送指令關(guān)閉單向鎖定裝置，剖面儀停止上浮，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊將存儲(chǔ)在SD卡或U盤中的剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)通過耦合信號(hào)發(fā)送和接收模塊耦合傳輸至浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊；浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊獲得剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)后，將其存儲(chǔ)在自身的SD卡或U盤中，然后開啟數(shù)傳電臺(tái)或者通訊衛(wèi)星的通信功能，完成剖面監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)發(fā)；之后，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊發(fā)送指令打開單向鎖定裝置，剖面儀將再次下降，開始新的數(shù)據(jù)采集周期。
權(quán)利要求
基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)，包括天線、浮標(biāo)體、浮標(biāo)體儀器倉、通訊收發(fā)模塊、水下剖面儀、單向鎖定開關(guān)、剖面儀傳感器、系留纜和配重塊，其特征在于浮標(biāo)體的頂部設(shè)置有天線，浮標(biāo)體底部設(shè)置有下支架，下支架的底部與系留纜的一端連接，系留纜的另一端與配重塊連接，系留纜上設(shè)置有單向鎖定裝置，單向鎖定裝置與水下剖面儀的側(cè)壁固定設(shè)置，剖面儀傳感器設(shè)置在水下剖面儀內(nèi)腔；浮標(biāo)體儀器倉設(shè)置在浮標(biāo)體內(nèi)，通訊收發(fā)模塊設(shè)置在浮標(biāo)體儀器倉內(nèi)；浮標(biāo)體儀器倉內(nèi)還設(shè)置有浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊和耦合信號(hào)接收模塊，通訊收發(fā)模塊通過串口與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊通過串口與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接；系留纜上套接有耦合信號(hào)接收線圈和耦合信號(hào)發(fā)送線圈，耦合信號(hào)接收線圈設(shè)置在下支架上并與耦合信號(hào)接收模塊信號(hào)連接；耦合信號(hào)發(fā)送線圈與剖面儀內(nèi)腔中的耦合信號(hào)發(fā)送模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊信號(hào)連接，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊與剖面儀傳感器信號(hào)連接；所述的水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊包括核心板和底板，核心板和底板之間通過核心板總線連接；所述的底板包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊、監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊、控制量接口模塊以及調(diào)試接口模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻濾波電解電容C11、第一保險(xiǎn)絲F1、第二保險(xiǎn)絲F2、雙排USB插頭連接器CN2；第二高頻濾波電容C10的一端和第一保險(xiǎn)絲F1的一端接5V電源，第一保險(xiǎn)絲F1的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端和第一低頻濾波電解電容C8的負(fù)極均接地；第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險(xiǎn)絲F2的一端接5V電源，第二保險(xiǎn)絲F2的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一端和第二低頻濾波電解電容C11的負(fù)極均接地；剖面儀傳感器數(shù)據(jù)接口模塊包括第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3、第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容C22、第四倍壓電解電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解電容C26、第八倍壓電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29；第一倍壓電解電容C20的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的1腳連接，負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的3腳連接，第二倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的4腳連接，負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U3的5腳連接，第三倍壓電解電容C22的負(fù)極、第四倍壓電解電容C23的正極和第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的2腳連接，第四倍壓電解電容C23的負(fù)極接地；第五倍壓電解電容C24負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的6腳連接，正極接地；第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的1腳連接，負(fù)極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉(zhuǎn)換芯片U4的4腳連接，負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負(fù)極、第九倍壓電解電容C28的正極和第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負(fù)極接地；第十倍壓電解電容C29負(fù)極與第二電平轉(zhuǎn)換芯片U4的6腳連接，正極接地；監(jiān)測數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程傳輸接口模塊包括第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2，第十一倍壓電解電容C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電解電容C18、第十五倍壓電解電容C19；第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的1腳連接，負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的4腳連接，負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的5腳連接，第十三倍壓電解電容C17負(fù)極、第十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的16腳與5V電源連接；第十三倍壓電解電容C17極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的2腳連接，第十四倍壓電解電容C18負(fù)極接地，第十五倍壓電解電容C19負(fù)極與第三電平轉(zhuǎn)換芯片U2的6腳連接，正極接地；控制量接口模塊包括狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5、第五高頻濾波電容C3、第三低頻濾波電解電容C4、第一IO狀態(tài)指示燈DS2、第IO狀態(tài)指示燈DS3、第三IO狀態(tài)指示燈DS4、第四IO狀態(tài)指示燈DS5、第五IO狀態(tài)指示燈DS6、第六IO狀態(tài)指示燈DS7、第七IO狀態(tài)指示燈DS8、第八IO狀態(tài)指示燈DS8、第九IO狀態(tài)指示燈DS10、第一限流電阻R7、第二限流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻R11、第六限流電阻R12、第七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15；第五高頻濾波電容C3一端、第三低頻濾波電解電容C4正極與狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓U5的輸出端連接；第五高頻濾波電容C3另一端、第三低頻濾波電解電容C4負(fù)極、狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的接地端接接地；狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸入端接5V電源；第一限流電阻R7一端、第二限流電阻R8一端、第三限流電阻R9一端、第四限流電阻R10一端、第五限流電阻R11一端、第六限流電阻R12一端、第七限流電阻R13一端、第八限流電阻R14一端和第九限流電阻R15一端并聯(lián)后接狀態(tài)指示燈供電調(diào)壓器U5的輸出端；第一限流電阻R7另一端接第一IO狀態(tài)指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二IO狀態(tài)指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三IO狀態(tài)指示燈DS4的正極，第四限流電阻R10另一端接第四IO狀態(tài)指示燈DS5的正極，第五限流電阻R11另一端接第五IO狀態(tài)指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六IO狀態(tài)指示燈DS7的正極，第七限流電阻R13另一端接第七IO狀態(tài)指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八IO狀態(tài)指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九IO狀態(tài)指示燈DS10的正極；調(diào)試接口模塊包括網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1、RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1、第一匹配電阻R1、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容C5、耐壓電容C6和隔離電容C7；第一匹配電阻R1的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6一端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7一端連接后接大地，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻R1的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的10腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的7腳和8腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的16腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的1腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的14腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的2腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的11腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的3腳連接，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的9腳與RJ45網(wǎng)絡(luò)接頭CN1的6腳連接，高頻濾波電容C5的一端接網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器U1的7腳，另一端接地；所述的耦合信號(hào)發(fā)送模塊由數(shù)據(jù)接口、調(diào)制電路、功放電路構(gòu)成；數(shù)據(jù)接口通過串口與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊信號(hào)連接，調(diào)制電路一端與數(shù)據(jù)接口信號(hào)連接，另一端與功放電路一端信號(hào)連接，功放電路一端與調(diào)制電路信號(hào)連接，另一端與耦合信號(hào)發(fā)送線圈連接；所述的耦合信號(hào)接收模塊由放大電路、前端濾波電路、檢波電路、后端濾波電路、數(shù)字信號(hào)還原電路和數(shù)據(jù)接口構(gòu)成；其中，放大電路一端連接耦合信號(hào)接收線圈，另一端與前端濾波電路一端信號(hào)連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號(hào)連接，檢波電路另一端與后端濾波電路一端信號(hào)連接，后端濾波電路與數(shù)字信號(hào)還原電路一端信號(hào)連接，數(shù)字信號(hào)還原電路另一端連接數(shù)據(jù)接口；所述的調(diào)制電路包括時(shí)基電路LM555，第一充放電電容C1、第二充放電電容C2，可調(diào)電阻R5、頻率設(shè)置電阻R6、二極管D1和運(yùn)算放大器LM318N；第一充放電電容C1的一端和時(shí)基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容C1的另一端與時(shí)基電路LM555的5腳連接，二極管D1的陰極、時(shí)基電路LM555的6腳、時(shí)基電路LM555的2腳、頻率設(shè)置電阻R6的一端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設(shè)置電阻R6的另一端、二極管D1的陽極和時(shí)基電路LM555的7腳與可調(diào)電阻R5一端連接，可調(diào)電阻R5另一端和時(shí)基電路LM555的8腳接5V電源，可調(diào)電阻R5的可調(diào)端與時(shí)基電路LM555的7腳連接；時(shí)基電路LM555的3腳與運(yùn)算放大器LM318N的同相輸入端連接，運(yùn)算放大器LM318N的反相輸入端與運(yùn)算放大器LM318N的輸出端連接；所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設(shè)置電容C6、第二截止頻率設(shè)置電容C7，第一截止頻率設(shè)置電阻R10、第二截止頻率設(shè)置電阻R11、第一負(fù)反饋電阻R12、第二負(fù)反饋電阻R13和運(yùn)算放大器OP07CN；第二截止頻率設(shè)置電阻R11一端、第一截止頻率設(shè)置電容C6一端與第一截止頻率設(shè)置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設(shè)置電阻R11另一端、第二截止頻率設(shè)置電容C7一端與運(yùn)算放大器OP07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率設(shè)置電容C7另一端接地，第一截止頻率設(shè)置電容C6另一端、第二負(fù)反饋電阻R13一端與運(yùn)算放大器OP07CN的輸出端連接，第二負(fù)反饋電阻R13另一端、第一負(fù)反饋電阻R12一端與運(yùn)算放大器OP07CN的反相輸入端連接，第一負(fù)反饋電阻R12另一端接地；所述的檢波電路包括整流二極管D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運(yùn)算放大器LF351AN；整流二極管D4一端、第三充放電電容C8一端、充放電電阻R14一端與運(yùn)算放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接地，運(yùn)算放大器LF351AN的反相輸入端與運(yùn)算放大器LF351AN的輸出端連接；所述的數(shù)字信號(hào)還原電路包括濾波電解電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器LM339AN和集成與非門SN74LS00N；第一偏置電阻R22一端、第二偏置電阻R23一端、電壓比較器LM339AN的5腳和電壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的負(fù)端連接，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21一端接+5V，電壓比較器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地；電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第二上拉電阻R26一端接+5V，第二上拉電阻R26另一端、電壓比較器LM339AN的1腳與集成與非門SN74LS00N的12腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地，集成與非門SN74LS00N的5腳與11腳連接，集成與非門SN74LS00N的6腳與13腳連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于感應(yīng)耦合的錨泊自升降剖面監(jiān)測浮標(biāo)?，F(xiàn)有監(jiān)測浮標(biāo)通訊存在各種不足。本發(fā)明浮標(biāo)體的頂部設(shè)置有天線，底部通過下支架和系留纜與配重塊連接。浮標(biāo)體儀器倉設(shè)置在浮標(biāo)體內(nèi)，浮標(biāo)體儀器倉內(nèi)設(shè)置有通訊收發(fā)模塊、浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊和耦合信號(hào)接收模塊，通訊收發(fā)模塊與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)接收模塊與浮標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊信號(hào)連接。系留纜上套接有耦合信號(hào)接收線圈和耦合信號(hào)發(fā)送線圈，耦合信號(hào)發(fā)送線圈與耦合信號(hào)發(fā)送模塊信號(hào)連接，耦合信號(hào)發(fā)送模塊與水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊信號(hào)連接，水下數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊與剖面儀傳感器信號(hào)連接。本發(fā)明可以在較大的空間角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)近距離非接觸式無線傳輸，并且成本低、功耗小。
文檔編號(hào)B63B22/00GK101738179SQ20091015412
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者于海濱, 劉敬彪, 孔慶鵬, 翁杰, 蔡文郁, 顧梅園 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)