板、多路+48V并聯(lián)傳感器控制板輸出轉(zhuǎn)換,電壓轉(zhuǎn)換板輸入海底線纜+380V電壓,輸出+48V電壓,作為電壓分配板輸入,輸出+48V、+24V、+12V、+5V的多路電壓,接入通信與電源管理子系統(tǒng);
[0042]所述的信號傳輸與轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)主要包括信號轉(zhuǎn)換功能與信號傳輸功能兩部分;所述的信號轉(zhuǎn)換部分采用以太網(wǎng)橋,網(wǎng)橋內(nèi)部采用EDSL協(xié)議,對稱傳輸速率達到6Mps,傳輸距離為1Km ;所述的信號傳輸部分是通過交換機連接主從冗余ARM控制系統(tǒng);所述的交換機采用中國臺灣MOSA 4路接口交換機,3路分別連接ARMl、ARM2、以太網(wǎng)橋;
[0043]所述的通信與電源管理子系統(tǒng)采用分布式監(jiān)測管理方式,通過現(xiàn)場CAN總線,針對各傳感器分別設(shè)計CAN通信節(jié)點,所述的CAN通信接口模塊包括CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換板與電源控制板兩部分組成,是由可以擴展的CAN總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器和適應(yīng)于不同傳感器供電電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器;為了提高系統(tǒng)兼容性與可擴展性,方便不同接口標準的傳感器接入,在傳感器和嵌入式控制模塊之間,利用CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換器,將不同的傳感器接口轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的CAN標準接口 ;其中模擬信號經(jīng)過信號處理電路之后送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,根據(jù)所需轉(zhuǎn)換精度/速度的不同,采用片外或者片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換兩種方式;數(shù)字信號根據(jù)接口標準分別經(jīng)過RS232、RS422/RS485轉(zhuǎn)換成單片機兼容的TTL電平接入;在傳感器電源管理上,為了保障節(jié)點控制的穩(wěn)定與可靠性,采用DC/DC并聯(lián)雙冗余設(shè)計,同時設(shè)置過壓/過流保護電路,預(yù)防由于DC/DC故障或者傳感器短路/過載等原因?qū)е孪到y(tǒng)崩潰;
[0044]所述的數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)主要包括嵌入式雙冗余ARM控制模塊、以太網(wǎng)交換機模塊兩部分;所述的嵌入式雙冗余ARM控制模塊通過與岸基監(jiān)測站通信,獲取電源管理指令,解析下發(fā)至CAN節(jié)點,進行傳感器供電控制;獲取數(shù)據(jù)采樣方案,執(zhí)行傳感器采樣配置,進行傳感器數(shù)據(jù)采集。主控制程序采用多線程處理機制,當(dāng)完成系統(tǒng)初始化,主線程開始依次創(chuàng)建各工作線程,主要包括日志記錄線程、命令控制線程、數(shù)據(jù)采集線程、數(shù)據(jù)上傳線程、系統(tǒng)監(jiān)控線程、冗余備份線程等。其中,日志線程負責(zé)記錄系統(tǒng)運行時異常工作狀態(tài),比如網(wǎng)絡(luò)異常、信號終止、文件讀寫錯誤、數(shù)據(jù)流溢出等;系統(tǒng)監(jiān)控線程負責(zé)實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài),發(fā)送與岸基PC交互心跳包;命令控制線程負責(zé)解析執(zhí)行岸基控制指令,包括傳感器節(jié)點電源管理指令、系統(tǒng)監(jiān)控指令、采樣配置指令等;數(shù)據(jù)采集線程負責(zé)解析過濾CAN節(jié)點數(shù)據(jù),針對監(jiān)控狀態(tài)數(shù)據(jù)、命令反饋數(shù)據(jù)、原始采樣數(shù)據(jù)分別進行處理。特別是傳感器原始數(shù)據(jù),進行預(yù)處理(過濾、時間戳等)后,添加到發(fā)送循環(huán)隊列中,利用集中寫/分散讀方式,通過系統(tǒng)上傳線程組包發(fā)送至岸基平臺;冗余備份線程負責(zé)與從系統(tǒng)通信,當(dāng)主系統(tǒng)發(fā)生故障時從系統(tǒng)進行異常檢錯判斷,從而接管系統(tǒng)運行控制權(quán),保證控制系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定可靠工作。
[0045]其中,所述的海底線纜采用最先進的XLPF絕緣擠包直流電纜技術(shù),即利用新型的三層絕緣材料擠壓的電纜,主要由導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層三層共擠;在水深不超過10m的情況下,海底線纜采用扭矩平衡雙層鋼絲鎧裝結(jié)構(gòu)保護;在電纜布放時,采用直接拋放形式,在一些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中,需要對海纜進行單獨處理保護,采用不銹鋼保護管、捆扎錨鏈或者拋射重塊防止水流沖刷滑動。
[0046]其中,所述的岸基監(jiān)測站通過電纜與海底觀測平臺連接,提供持續(xù)能源供給,作為數(shù)據(jù)/命令中轉(zhuǎn)站,需要轉(zhuǎn)發(fā)遠程實驗室控制指令以及海底觀測平臺實時監(jiān)測數(shù)據(jù);其主要包括供電模塊、信號模塊、監(jiān)測控制模塊、無線模塊;
[0047]所述的供電模塊一般直接利用交流220V市電通過電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換得到直流380V,在轉(zhuǎn)換模塊選型上,采用220V/380V A⑶C電壓轉(zhuǎn)換模塊;
[0048]所述的信號轉(zhuǎn)換模塊利用以太網(wǎng)橋電路板完成信號轉(zhuǎn)換與透明傳輸;電話線信號轉(zhuǎn)以太網(wǎng)信號:將海底電纜傳輸?shù)碾娫捑€信號轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)信號,并通過TCP/IP協(xié)議,與控制艙內(nèi)部其他節(jié)點完成數(shù)據(jù)通信;以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)電話線信號:將控制艙內(nèi)部以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)化成電話線信號,從而在海底電纜進行傳輸,完成與岸基監(jiān)測站通信;
[0049]所述的所述的監(jiān)測控制模塊采用PC104作為岸基主控制板,在物理連接上,與以太網(wǎng)橋通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接,與GPRS/CDMA無線模塊通過RS232連接,還預(yù)留PS2接口連接鍵盤鼠標以及VGA接口連接LED顯示器等外接輸入設(shè)備,同時預(yù)留多路USB接口進行軟件數(shù)據(jù)拷貝下載操作;考慮到岸基監(jiān)測站后期無人值守,無法現(xiàn)場維護,基于此設(shè)計程序自動加載運行。PC104上電工作后,控制程序默認后臺自動運行,完成系統(tǒng)初始化,分別與海底觀測平臺建立網(wǎng)絡(luò)連接(包括系統(tǒng)命令、數(shù)據(jù)、監(jiān)控等)、與GPRS/CMDA無線模塊建立串口通信連接(采用115200波特率保證傳輸速率),并且建立現(xiàn)場調(diào)試服務(wù)器(考慮到后期進行現(xiàn)場調(diào)試維護)。程序主要負責(zé)控制與數(shù)據(jù)服務(wù)中心控制命令轉(zhuǎn)發(fā),海底觀測平臺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。
[0050]所述的無線模塊移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋全國各地,網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定,運行帶寬符合應(yīng)用需求,在GRPS/CDMA無線模塊選型上,采用高速透明傳輸?shù)腄TU設(shè)備;北斗定位系統(tǒng)有兩顆GEO在軌工作衛(wèi)星(衛(wèi)星位置E180與E140)和一顆GEO在軌備份衛(wèi)星,每個衛(wèi)星2個出站波束,服務(wù)區(qū)域為北瑋5?55,東經(jīng)70?140,基本能夠覆蓋中國沿海大陸架范圍;在北斗衛(wèi)星模塊選型上,選擇北斗普適定位通信模塊。
[0051]其中,所述的控制與數(shù)據(jù)服務(wù)中心根據(jù)應(yīng)用需求選擇在遠程實驗室,主要包括遠程監(jiān)測控制平臺與資源數(shù)據(jù)共享平臺,其中遠程監(jiān)測控制平臺包括電源管理模塊、傳感器管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、故障管理模塊。
[0052]所述的電源管理模塊針對各傳感器設(shè)計PowerOn、PowerOff指令,當(dāng)執(zhí)行傳感器電源管理時,選擇冗余DC/DC,遠程控制傳感器上電斷電;當(dāng)設(shè)計Monitor指令,執(zhí)行傳感器監(jiān)控時,實時采集當(dāng)前反饋電壓溫度值;
[0053]所述的傳感器管理模塊在傳感器配置上,設(shè)計典型模式與自定義模式兩種;典型模式,根據(jù)預(yù)設(shè)一次下發(fā)多組指令,直接對傳感器進行采樣配置;自定義模式,通過傳感器對話框逐條指令執(zhí)行,靈活定義傳感器采樣方案
[0054]所述的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)模塊當(dāng)ADCP、CTD傳感器進行采樣時,岸基監(jiān)測站與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建立長連接,解析存儲原始采樣數(shù)據(jù),并且根據(jù)通信協(xié)議,組包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至服務(wù)器管理系統(tǒng);其中,岸基監(jiān)測站設(shè)計實現(xiàn)了斷網(wǎng)重練、超時重發(fā)、遠程反饋的機制。
[0055]上面所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述,并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進行限定。在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下,本領(lǐng)域普通人員對本實用新型的技術(shù)方案做出的各種變型和改進,均應(yīng)落入到本實用新型的保護范圍,本實用新型請求保護的技術(shù)內(nèi)容,已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項】
1.一種海洋動力環(huán)境海底有纜在線觀測系統(tǒng),其特點是:包括海底觀測平臺、海底電纜、岸基監(jiān)測站、控制與數(shù)據(jù)服務(wù)中心;所述的海底觀測平臺包括系統(tǒng)框架、傳感器設(shè)備、系統(tǒng)控制艙;其中系統(tǒng)控制艙內(nèi)部集成包括能源供應(yīng)與分配子系統(tǒng)、信號傳輸與轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)、通信與電源管理子系統(tǒng)四部分;所述的岸基監(jiān)測站通過海底線纜與海底觀測平臺連接;所述的控制與數(shù)據(jù)服務(wù)中心包括遠程監(jiān)測控制平臺、資源數(shù)據(jù)共享平臺,其中遠程監(jiān)測控制平臺包括電源管理模塊、傳感器模式模塊、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)模塊和故障診斷管理系統(tǒng)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋動力環(huán)境海底有纜在線觀測系統(tǒng),其特征在于:所述的海底觀測平臺是一種通用型模塊化傳感器搭載平臺;所述的系統(tǒng)框架采用316L不銹鋼,框架四角針狀結(jié)構(gòu),外觀呈三角倒錐型,基座距離海底20cm,傳感器模式模塊在基座安裝固定,外罩防脫網(wǎng);對于需要垂直剖面測量的傳感器模式模塊,在框架上方使用