海洋观测水文气象通用数据采集器架构设计.pdf

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1、第32卷第2期2013年6月海洋技术OCEAN’rECHNOLOGYV01．32，No．2June，2013海洋观测水文气象通用数据采集器架构设计王亚丁，唐军武，徐俊臣，张小磊(国家海洋技术中心，天津300112)擒耍：海洋观测数据对渔业、气象、海事安全至关重要。介绍了一种用于海洋观测领域的水文气象通用数据采集器的架构设计，以实现设备在海洋环境中实时性、可靠性的作业要求。并且易于升级维护。具有通用性。首先介绍了国内外发展情况，然后分析了在当前海洋领城常用水文气象数据采集器的测量参数以及功能需求，最

2、后阐述了数据采集器的硬件通用性架构和可靠性设计，软件通用性架构和开发方式以及状态流程等。并指出了现代水文气象数据采集嚣的发展方向。关t词：水文气象；数据采集嚣；系统架构；通用性中圈分类号：P7l“．16文献标志码：B文章绩号：1003—2029(2013)02-0011-0520世纪80年代，诞生了由传感器、标准总线、微处理器构成的数据采集器n。海洋观测系统利用数据采集器完成水文气象数据的采集、处理和传输，设备一般安装在海洋台站俩、船舶和浮标⋯上。随着计算机技术的发展以及水文气象测量参数多、海洋工

3、作环境恶劣等因素，数据采集器要考虑通用性和可靠性设计：系统工作稳定、设备易于升级维护、具有环境适应性等。数据采集器应向通用化、可靠的模块化系统结构和智能化方向发展。1国内外发展情况国外水文气象数据采集器发展起步较早，20世纪90年代由美国蒙特雷水族馆研究所研制的0AsIsH，是一种安装在浮标上的数据采集系统。系统采用16位控制芯片，带有多路自适应接口(RS232、RS485)，能够接收ADcP海流计、浑浊度仪、GPS、分光辐射谱仪、营养盐分析仪多种传感器信号，数据通过无线电台传输，具备远程控制功能

4、。该系统在早期有很强的竞争力，接口连入的传感器种类丰富。近期由挪威安德拉公司研发的AwS2700四自动气象站，系统把所有传感器和通讯设备都放置在顶部的横架上，把不同的传感技术集成到单一观测节点，具有带隔离的多通道智能数据记录仪．数据输出格式可扩展，具有UHFNHF高频电台、GSM／GPRS、Ar窘憾卫星通讯、以太网等多种通讯方式，白适应通讯。该数据采集器采用太阳能电池组供电，低功耗、简装耐用，适合无人值守的工作环境。通讯手段多样化。环境适应力强。国内方面，由国家海洋技术中心研发的XZC卵型船用自动

5、气象仪较为成熟。系统采用嵌入式控制，控制芯片选择c8051F02X系列，系统功耗很低。数据采集器具有液晶显示和操作面板，能根据功能需求配置工作方式和系统参数。可测量风速、风向、温度、湿度、气压、能见度等多种水文气象要素，传感器配置灵活，通过更换内部通讯板，能以隔离232，422、北斗卫星通讯机、GPRS方式与上位机通信。山东海洋仪器仪表研究所的FZF3一ln型浮标系统，由主控系统、通信传输系统、存储器、传感器、供电检测系统和锚灯组成。采用PC一104总线、80386CPU，设备可扩展性好，数据以压

6、缩的方式通过卫星实时传输通信，也可以存人PcM—CIA存储卡。传感器有ADCP海流计、波高传感器等，浮标系统具有遥控和实时报警功能。纵观近几年数据采集器的发展，国内研发水平逐渐提高，缩小了与国外先进设备的差距。但国外先进数据采集器在低功耗特性、传感器采集的准确性(AD精度)、设备的可扩展性和环境适应性方面仍有很多值得我们学习借鉴。2水文气象数据采集器测量参数及功能需求2．1数据采集器测量参数表1列出了常用水文气象参数嘲，根据传感器测量原理的相通性，有时将不同的测量参数集成在一种传感器里，如风传感器

7、测风速风向、温湿传感器测温度和湿度等。对于输出模拟量信号的传感器，要把信号经过滤波、放大等调理电路以及A／D转换成数字量信号。随着传感器内部的集成度越来越高，现代传感器一般会集成模拟信号转数字信号的功能电路，方便数据采集器的采集过程。收疆日期：2012一12-31作者筒介：王亚丁(t989-)，研究生，港口海岸与近海工程专业，研究方向为数据采集器软硬件设计。Email：nofreeze@163．tom12海洋技术第32卷表1常用水文气象测量参数2．2数据采集器功能需求(1)数据采集器能准确、实时地

8、采集传感器信号；然后对数据进行处理，一般通过软件算法或者公式，将电信号转变成具有实际意义的物理数值(速度、温度等)；最后把有效数据存储起来或者实时传输发送到上位机。(2)数据采集器在能够保证正常工作的情况下尽可能降低系统功耗嘲，因为设备的工作环境偏远，甚至是没有电力支持的，低功耗不仅能延长电池供电的时间，同时能降低机箱温度，提高设备的可靠性，减小维护费用。(3)数据采集器拥有良好的人机交互方式，如显示界面、操作键盘、乃至远程无线遥控等，用户可以自行配置系统的工作方式、通讯方式和存储