低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)，具體涉及一種低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀，屬于水聲通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界上各國(guó)對(duì)于海洋開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展，對(duì)于海洋水文探測(cè)的需求也越來(lái)越廣泛，數(shù)據(jù)記錄儀的研制應(yīng)用正是在這種不斷進(jìn)步的技術(shù)需求推動(dòng)下逐步發(fā)展起來(lái)的。目前已有的智能數(shù)據(jù)記錄儀多為插纜式數(shù)據(jù)記錄儀，其采集到的水聲信號(hào)需要通過(guò)線纜傳送給接收機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)或處理。但為了獲得水聲陣列信號(hào)，需將數(shù)據(jù)記錄儀布置在深海環(huán)境中，采用傳統(tǒng)的線纜傳送水聲信號(hào)的方式使用不方便和不可靠。同時(shí)由于傳統(tǒng)的智能數(shù)據(jù)記錄儀功耗較高，不能長(zhǎng)時(shí)間在水下獨(dú)立工作，不適于在深海環(huán)境中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)功耗低，能夠在深海環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定接收并記錄水聲信號(hào)。
[0004]所述的低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)包括:水聲信號(hào)采集模塊、前置放大器、濾波器、壓力傳感器、儀表放大器、控制器、存儲(chǔ)模塊和電源；所述水聲信號(hào)采集模塊依次通過(guò)前置放大器、濾波器與控制器相連；所述壓力傳感器通過(guò)儀表放大器與控制器相連；所述控制器與存儲(chǔ)模塊互連；所述電源分別為水聲信號(hào)采集模塊、前置放大器、濾波器、壓力傳感器、儀表放大器、控制器和存儲(chǔ)模塊供電。
[0005]所述水聲信號(hào)采集模塊用于采集水聲信號(hào)，采集到的水聲信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置放大器和濾波器后得到設(shè)定帶寬的水聲信號(hào)。
[0006]所述控制器中的A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)得到的設(shè)定帶寬的水聲信號(hào)進(jìn)行采樣，完成A\D轉(zhuǎn)換；并將轉(zhuǎn)換后的水聲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中；所述控制器采用DMA將存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中的水聲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其內(nèi)部的乒乓緩存中；在當(dāng)前緩存存滿(mǎn)后，所述控制器向存儲(chǔ)模塊發(fā)送寫(xiě)卡指令；所述控制器在接收到存儲(chǔ)模塊的應(yīng)答后，將緩存中的水聲數(shù)據(jù)以設(shè)定的格式寫(xiě)入存儲(chǔ)模塊的指定數(shù)據(jù)地址中，完成水聲數(shù)據(jù)的記錄。
[0007]所述壓力傳感器用于采集數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)工作環(huán)境的壓力數(shù)據(jù)，并將采集到的壓力數(shù)據(jù)經(jīng)儀表放大器放大；所述控制器中的A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)經(jīng)儀表放大器放大后的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行A\D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的壓力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中；所述控制器按照設(shè)定周期采用DMA將轉(zhuǎn)換后的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其內(nèi)部用于存儲(chǔ)壓力數(shù)據(jù)的緩存中；當(dāng)存儲(chǔ)壓力數(shù)據(jù)的緩存寫(xiě)滿(mǎn)后，向存儲(chǔ)模塊發(fā)送寫(xiě)卡指令，在接收到存儲(chǔ)模塊的應(yīng)答后，將該緩存中的壓力數(shù)據(jù)以設(shè)定的格式寫(xiě)入存儲(chǔ)模塊的指定數(shù)據(jù)地址中，完成壓力數(shù)據(jù)的記錄。
[0008]所述控制器依據(jù)數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的工作狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行低功耗管理:
[0009]所述的工作狀態(tài)包括:A\D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，所述數(shù)據(jù)為水聲數(shù)據(jù)或壓力數(shù)據(jù)；所述A\D轉(zhuǎn)換模塊持續(xù)穩(wěn)定工作，當(dāng)數(shù)據(jù)記錄儀當(dāng)前的工作狀態(tài)僅為A\D轉(zhuǎn)換時(shí)，所述控制器處于低功耗模式；當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移或/和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，開(kāi)啟數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移或/和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)功能模塊的時(shí)鐘源，并在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移或/和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)束后，立即關(guān)閉該時(shí)鐘源。
[0010]在通過(guò)繩纜布放數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的過(guò)程中，僅壓力傳感器處于工作狀態(tài)，其它功能模塊均處于待機(jī)狀態(tài)；所述壓力傳感器實(shí)時(shí)采集當(dāng)前壓力數(shù)據(jù)，并發(fā)送給控制器；所述控制器依據(jù)接收到的壓力數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前水深；當(dāng)計(jì)算得到的當(dāng)前水深與控制器內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的工作水深一致時(shí)，控制器向各處于待機(jī)狀態(tài)的功能模塊發(fā)送使能信號(hào)，使數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0011]所述數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)能夠通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行工作參數(shù)的配置，所述的工作參數(shù)包括:A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)水聲信號(hào)的采樣頻率、A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)壓力數(shù)據(jù)的采樣周期、控制器內(nèi)部程控放大器的增益倍數(shù)以及存儲(chǔ)模塊的讀寫(xiě)速率。
[0012]有益效果:
[0013](I)在系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)系統(tǒng)工作模式以及工作流程的低功耗管理，能夠有效延長(zhǎng)其使用時(shí)間，尤其在深水使用時(shí)，能夠保證其長(zhǎng)時(shí)間在水下獨(dú)立工作。
[0014](2)在系統(tǒng)中內(nèi)置存儲(chǔ)模塊，將采集到的水聲信號(hào)直接存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊內(nèi)，無(wú)需通過(guò)線纜傳送給岸上的接收機(jī)，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程簡(jiǎn)捷，使用方便。
[0015](3)在該深水?dāng)?shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)中集成了壓力傳感器，通過(guò)壓力傳感器采集的外部壓力能夠獲得數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)在水下工作的實(shí)際深度，從而獲得數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)所測(cè)得的原始水聲信號(hào)對(duì)應(yīng)的真實(shí)深度。同時(shí)在組成垂直記錄儀陣列時(shí)，每個(gè)記錄儀的工作深度可直接通過(guò)壓力傳感器采集到的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，從而方便的記錄不同深度下的原始水聲信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為所述的低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的組成框圖；
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0018]本實(shí)施例提供一種用于深海環(huán)境的低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)λ曅盘?hào)進(jìn)行采集，并存儲(chǔ)在內(nèi)部的存儲(chǔ)卡中，便于在深海環(huán)境中使用；且系統(tǒng)功耗低，能夠長(zhǎng)時(shí)間在水下獨(dú)立工作。
[0019]該低功耗水下數(shù)據(jù)記錄儀系統(tǒng)的組成如圖1所示，包括水聲信號(hào)采集模塊、前置放大器、濾波器、壓力傳感器、控制器、存儲(chǔ)模塊和電源，外圍設(shè)備為上位機(jī)。其中控制器采用MSP430控制器MSP430FG4618，存儲(chǔ)模塊采用MIC-SD卡。
[0020]所述水聲信號(hào)采集模塊用于采集水聲信號(hào)，采集到的水聲信號(hào)依次經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行放大、濾波器進(jìn)行濾波后得到設(shè)定帶寬的水聲信號(hào)。
[0021]所述控制器中的A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)得到的設(shè)定帶寬的水聲信號(hào)進(jìn)行采樣，完成A\D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換后的水聲數(shù)據(jù)，并將轉(zhuǎn)換后的水聲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中。所述控制器通過(guò)DMA (直接內(nèi)存存取)將存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中的水聲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其內(nèi)部用于存儲(chǔ)水聲數(shù)據(jù)的緩存中，在當(dāng)前緩存存滿(mǎn)后，所述控制器通過(guò)SPI總線向MIC-SD卡發(fā)出寫(xiě)卡指令；在正常接收到MIC-SD卡的應(yīng)答后，直接將緩存中的水聲數(shù)據(jù)以設(shè)定的格式通過(guò)SPI總線寫(xiě)入到MIC-SD卡的指定數(shù)據(jù)地址中，從而完成水聲數(shù)據(jù)的記錄。
[0022]為實(shí)現(xiàn)對(duì)水聲數(shù)據(jù)的連續(xù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，所述控制器采用乒乓緩存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)A\D轉(zhuǎn)換后的水聲數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。即在寫(xiě)卡的同時(shí)控制器不間斷的將A\D轉(zhuǎn)換寄存器中的水聲數(shù)據(jù)通過(guò)DMA發(fā)送到其內(nèi)部的另一個(gè)緩存中，由此不會(huì)中斷水聲數(shù)據(jù)的采樣，以保證水聲數(shù)據(jù)的連續(xù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，提高工作效率的同時(shí)降低了數(shù)據(jù)記錄儀的功耗。
[0023]所述壓力傳感器用于采集數(shù)據(jù)記錄儀工作環(huán)境的壓力數(shù)據(jù)，所述壓力數(shù)據(jù)經(jīng)放大器放大。所述控制器中的A\D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)經(jīng)儀表放大器放大后的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣以完成A\D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的壓力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在A\D轉(zhuǎn)換寄存器中。所述控制器按照設(shè)定周期采用DMA將轉(zhuǎn)換后的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其內(nèi)部用于存儲(chǔ)壓力數(shù)據(jù)的緩存中，當(dāng)存儲(chǔ)壓力數(shù)據(jù)的緩存寫(xiě)滿(mǎn)后，控制器通過(guò)SPI總線向MIC-SD卡發(fā)出壓力數(shù)據(jù)的寫(xiě)卡指令，控制器在正常接收到MIC-SD卡的應(yīng)答后，直接將該緩存中的壓力數(shù)據(jù)通過(guò)SPI總線寫(xiě)入到MIC-SD卡的指定數(shù)據(jù)地址中，從而完成壓力數(shù)據(jù)的記錄。通過(guò)所記錄的壓