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海洋浮标电子与通信系统设计开发

来源:原创论文网 添加时间:2018-10-20

摘要

  海洋浮标电子与通信系统可以实现对海洋环境监测数据的实时传送、监控, 主要介绍了浮标控制系统与通信系统两部分, 分别实现对采集到的海洋环境数据的接收和存储以及卫星通信。

海洋浮标电子与通信系统设计开发

  一、电子系统整体设计

  浮标电子和通信系统的供电问题已经得到了彻底解决, 依靠蓄电池与太阳能电池的双供电系统保证了系统的正常运转。甚至部分浮标拥有两个独立的供电系统, 每一个系统都能够及时地供电, 其中一个成为了备用系统, 而它们的供电仍然采用太阳能电池板和蓄电池, 这就大幅地提升给了浮标的可靠性。浮标控制系统的CPU采用AT91SAM 9260, 一路串口按序接收电磁耦合发送模块传过来的各个传感器的采集数据, 并将数据成功地保存在存储卡中。并且在浮标上还有锚灯, 通过传感器, 等到光线较暗, 不足以照亮周围的时候, 锚灯自动点亮, 这就给监测带来了极大的便利。同时CPU通过I/O获取锚灯状态信息并且还通过自带的A/D读取电池的电压值和倾角传感器获取浮标的当前状态, 浮标还有GPS, 实现了实时定位。先进的科学技术的运用让人眼前一亮。

  二、通信系统设计

  通信系统的建立非常重要, 不可或缺, 所监测到的数据为能够快速传递给监控中心, 此时就需要通信系统的帮助。通信系统的建立是以浮标数据传输的基本要求, 系统利用铱星数据通讯来实现大数据的传输。通信模块也是来自于铱星公司, 名为9601SBD[3-4], 它的特点是质量轻, 所占的体积小, 便于使用, 重量仅为117克。模块没有SIM卡, 发送和接收信息的量基本相同, 一次可实现接收信息270字节, 可实现发送340字节, 接收信息的瞬间会发出震动与悦耳的铃声。额定电压5V, 工作温度区间较大, 为-35°~70°。该模块通过RS232接口实现SBD (突发短数据) 业务, 默认的波特率是19 200bit/s, 可以通过AT+IPR指令设置。可以选择的波特率bit/s范围包括:1 200、2400、4 800、9 600、19 200、38 400等。可选数据长度默认为8位。其他包括一个停止位和无奇偶校验位。铱星SBD的待机平均电流为66m A, 信息发送中的平均电流<=350m A, 这些所具备的基本条件完全能够满足低耗能的需求。

  三、控制系统软件设计

  控制系统的CPU为AT91SAM 9260, 能够支持多种常用的操作系统, 这一点是其优势。在目标板上, 行使任务管理的系统为Linux, 因为操作系统的巨大优势, 决定着比较繁复的多任务的应用也能够实现完成。数据采集系统方面, Linux系统自身的优势更加凸显了出来, 对于许多传感器同时发过来的控制任务, 实现了立即处理, 让整个系统的反应速度和处理水平都呈现出了理想的状态。

  Linux操作系统中, 设备文件类型一共有三种, 分别是:网络设备、字符设备和块设备。每一种设备文件都存在着较大的差异, 这一点需要注意, 其中, 对着字符设备发出读写请求的时候, 硬件I/O同样出现这一操作。块设备相比拥有一定的优势, 不会产生同时操作的原因是它拥有系统内存, 能够起到缓冲的作用, 这就大大地方便了操作, 块设备的出现减少了CPU消耗的时间, 转为磁盘一类的非快速设备而设计产生的。用户进程其实是硬件和设备文件相联系, 设备文件还是会对字符设备和块设备进行区分, 所有的文件都拥有2个设备号, 有着主从之分, 这一点需要特别注意。

  Linux操作系统在设备的处理也实现了大大的快速性和便捷性, 主要是利用文件和I/O相关函数。比如, 串口文件位于/dev目录下, 串口1为/dev/tty S0等等。串口的打开是利用标准文件来对函数进行打开实现的。如:intfd=open (Dev, O RDWR) ;Dev是设备文件, 返回-1则表示打开失败, 成功则返回大于0的值。

  浮标电子系统具有一定的先进性, 它接收的是RS232传过来的数据, 接收到的各种数据成功地存储到内存卡中。接着, 打开跟铱星9601SBD MODEN相连接的串口, 在成功发送AT指令后, 如果收到回复信号之后, 就可以发送数据了。

  结语

  许多的传感器的作用是采集信息, 信号采集好, 先进仪器进行处理, 并由发射机在确定的时间内发出。地面接收平台接收到信号, 进行必要的处理, 那么人类所需资料就形成了。整个过程看似简单, 但每一个环节都必须要注意, 这种信息传递模式也为人类的生活与生产产生了积极正向的影响。

  参考文献
  [1]张曙伟, 王秀芬, 齐勇.铱星数据通信在海洋资料浮标上的应用[J].山东科学, 2006, 19 (5) :16-19.
  [2]龚文刚.新型海洋资料浮标数据采集控制系统研究与概念设计[J].海洋技术, 1996, 15 (4) :79-89.

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