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一种海洋监测数据采集器设计

发布时间:2019-05-14 02:15:00 文章来源:工具之家    

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李伟+李欣

摘 yao: wei了有效dijie决hai洋监测ling域chuanganqi搭载ji成以及扩展问题设ji了一种海洋监测shuju采ji器。独立deCANyu电kongmo块将chuan感器电源管li与shuju采ji控制集成zai一起,采yong独立mo块化管li,在ke扩展性、稳定可靠性等方面具有一定dejishu优势。同shi与目前海洋监测领域changyong的传感器相bi较,该shu据采集器可灵活搭载常见标准jiekou的传感器,對传感器jie口兼容性更好,并且传感器搭载不再受数量限制ke广泛应yong于滨海观测站、浮标监测xitonghai底观测ping台、海底观测链等系统建设中。

关键词: 数据采集器; 海洋监测; 扩展集成; 传感器接口

中图分类号: TN710?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)01?0061?02

Abstract: In order to solve the problems of sensor carry integration and expansion in marine monitoring field effectively, a marine monitoring data collector was designed. The independent CAN and electrical control nodule are used to integrate the sensor power management and data collection control together. The independent modular management has certain technical advanta?ges in the aspects of scalability, stability and reliability. In comparison with the sensor commonly?used in the marine monitoring field, the data collector can carry the sensor with common standard interface, has good compatibility with sensor interface, is no longer limited by the carry quantity of sensors, and can be widely used in the system construction of coastal observation station, buoy monitoring system, seafloor observation platform and seafloor observation chain.

Keywords: data collector; marine monitoring; expansion and integration; sensor interface

0 引 言

21世纪,dui海洋资源的探测与开fa利用已经成为产业ge命的前沿领域,是guo家安全、环境保护、资源开fa和灾害预警不可缺少的ji础技术和信息获取手段,weiguo家的发展提供了新的bei景,越来越duo的国家将其列为重要课题[1?2]。

随着当前海洋研jiu的深入和研究范围的扩大,海洋探测技术也在不断的发展与改进,从传统的调查船舶到如今先进的wei星遥感、水下zi主导航、海底原位观测等。基于以shang背景,本文设计实现的海洋监测数据采集器,相比传统数据采集器,系统整体集成度更高、独立性更强pei置更加灵活方便。

1 整体设计

海洋监测数据采集器集传感器供电与管li于一体,兼容数字量、模拟量kai关量、脉chong量、频lvliang等接口传感器,可以广泛地应用在ge种海洋监测平台系统建设中,neng够满足在线观测与自容监测的设计xu要[3]。在扩展集成时,仅需增加或裁减相yingdeCAN与电控模块和进行简单的应用软jian配置即可完成,方便灵活。采集器的整体框图如图1所示。

海洋监测数据采集器主要由供电模块、控制模块、CAN与电控模块三bu分组成。供电模块负责为控制模块与CAN模块提供电源;控制模块与CAN模块通guo现场CANzong线通信,负责CAN模块管理hekong制;CAN与电控模块兼容不同接口标准类型的传感器,负责传感器数据传输与电源管理。

2 供电模块设计

根据实际的需qiu,当应用在线观测系统时,海洋监测数据采集器主yaotong过外接海底电缆进行中高压能源供gei;当应用在自容监测系统时,主要通过外接电池组进行低压能源供给。其中涉及到中高压部分的电压zhuan换,选择通用外部电压输入48 V。

供电模块主要负责为控制模块、CAN与电控模块提供能源。通常外部电压输入为48 V,可采用48 V/5 V DC/DCzhuanhuan器、48 V/24 V DC/DC转换器为控制模块供电;采用并联48 V输chuweiCAN与电控模块供电。

3 CAN与电控模块

CAN与电控模块是该设计的关键部分,主要负责传感器电源管理与数据传输[4]。CAN模块作为模块化传感器搭载平台,能够兼容不同接口类型的传感器,实际上是通过单片机ruanying件共同完成接口xie议转换,将不同接口转换成CAN接口,比如RS 232转CAN,RS 485转CAN,模拟信号转CAN,开关信号转CAN,脉冲信号转CAN等。

单片机外围硬件电路负责接收处理搭载传感器的数字信号、模拟信号、开关信号等;单片机软件应用层解析组装CAN数据包转发至控制模块。在进行传感器扩展集成时,仅需根据接口类型完成硬件物理连线,并配套相应的数据采集软件即可。

如图2所示,针对搭载仪器独立设计的CAN与电控模块,通过CAN总线与控制模块通信,通过信号线与动力线等兼容接口与挂载传感器通信。硬件电路主要包括CAN协议转换与电源控制两部分,由可以扩展的CAN总线协议转换器和适应于不同传感器供电电压的DC/DC转换器设计实现,如图3所示。软件程序负责将RS 232,RS 485等接口数据转化成CAN数据转发。

相比于主控模块,CAN与电控模块主要承担CAN协议转换与电源管理,资源消耗少,任务简单,采用8位单片机即可。zheli选用高性能、低功耗的AVR 8位微處理器AT90CAN128, 内置128 KB的可重编程FLASH,4 KB的E2PROM,4 KB的内部SRAM,完全能够满足设计需要[5?8]。

4 控制模块

控制模块通过现场CAN总线和CAN与电控模块通信,负责传感器数据采集控制与电源管理控制。承担传感器数据解析处理是整个数据采集器的控制核心部分,也是系统稳定运行的关键。为了保证稳定可靠性,主要由双rong余的主控制模块与从控制模块组成。在硬件设计上,采用核心板加底板方案:核心板选用QY?9263K,搭载处理器ATMEL AT91SAM9263,其主频高达200 MHz,系统资源SDRAM 64 MB,NandFLASH 512 MB[8],完全满足设计需要;而底板则根据应用进行适当裁剪设计,保留必要接口电路,比如RS 232接口、以太网接口、SD卡接口、CAN控制器接口等,从而减小电路板面积。

5 结 语

该设计主要应用于海洋监测领域,可以根据不同监测任务的需要,灵活搭载多数量多类型传感器,避免重复开展类似研发工作。采用模块化处理方式,设计独立的CAN与电控模块,并将各模块集供电管理与数据采集于一体,不需要额外处理传感器电源管理,使得系统稳定性、可靠性均得daoti高。

参考文献

[1] 张颖颖,张颖,马然,等.一种海洋监测通用数据采集与处理系统的设计[J].海洋技术,20104):9?11.

[2] 张洪磊.基于CAN总线网络的海洋环境监测平台的研究[D].青岛:中国海yangda学,2008:12?39.

[3] 卜志国.海洋生态环境监测系统数据集成与应用研究[J].青岛:中国海洋大学,2010.

[4] 武东生,张齐.海洋站数据采集器的设计要点[J].海洋技术,2001,20(1):59?61.

[5] 李肇庆.串行端口技术[M].bei京:国防工业出版社,2004:45?103.

[6] 钟坚文,蔡旭.基于μC/OS?Ⅱ的CAN总线驱动程序设计[J].微计算机信息,2005(10):29?31.

[7] 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.

[8] 郝寿朋.基于AT91SAM9263的CEMS数据采集与分析系统的研究与开发[D].青岛:中国海洋大学,2011:7?20.

[9] 时旭,付成伟.基于FPGA的CAN总线通信系统的设计[J].现代电zi技术,2015,38(22):59?61.

[10] 张严.基于MEMS海洋湍liu传感器实验研究[J].现代电子技术,2016,39(1):137?139.

现代电子技术 2017年1期

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