基于小型太阳能充电的海况监测浮标设计-论文.pdf

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1、第31卷第2期新乡学院学报2014年2月Vo1．31No．2JournalofXinxiangUniversityFeb．2O14基于小型太阳能充电的海况监测浮标设计陈立柱，陈立强。(1．石家庄禾柏生物技术股份有限公司研发中心，河北石家庄0500002．浙江纺织服装职业技术学院明州学院，浙江宁波31521i)摘要：针对目前国内外已经研制出的用于海洋遥感的直径大于10rn的大型圆盘浮标存在造价和使用成本高、体积巨大等缺点，基于小型的太阳能充电技术研帝】了一种海况监测浮标，主要应用于学校、企业、科研单位等的小型近海实验。对该海况监测浮标进行了室内测试和近海试验，结果表明：

2、研制的浮标系统可靠性高，能对海洋的温度、湿度、风速等多种环境参数进行监测。关键词：海况监测；浮标；太阳能；实况参数中图分类号：P715；TK513文献标志码：A文章编号：2095—7726(2O14)02—0047-030引言集任务分解成多个采集系统模块，并通过CAN总20世纪以来，伴随着海洋开发的不断深入，越线来连接各个模块的数据，最终通过433MHz无线来越多的实验需要在真实海洋环境下进行l1]，实信号与岸机通信模块进行数据收发，岸机通信模块验时的海况成为影响和制约实验可行性和结果正确将数据通过RS一232接口发送给PC机进行数据的性的关键因素，而且对实验结果的分

3、析有着至关重显示与存储。整个系统的组成框图如图1所示。要的意义。因此，本设计开发一种小型的太阳能充电的海况监测浮标]，主要应用于学校、企业、科研单位等的小型近海实验的海况监测，该设计涵盖模拟电路、数字电路、信号处理、无线射频、光电技术、电源、太阳能、海洋技术、新型能源、传感器等方面‘一。本系统具有以下特色：(1)能进行多种海洋要素采集，为近海实验提供有用数据；(2)造价低廉，适合资金不太充足的小项目或小型实验采用；(3)体积小，方便运输、投放和回收；(4)工作时间长，可在无人值守、维护下长期可靠工作；(5)具有卫星定位能力，增大数据价值，方便投放回收；(6)具有远距离

4、数据传输能力，工作范围可达1km。大多数经费不太充足的近海海洋实验，无力购买高额的专业海况监测设备，基本上依靠近海天气图l海况监测浮标原理框图预报和人体估测的方法获得海况参数]，所获数据2关键硬件模块设计原理既不准确又不系统，对实验的进行以及实验结果的分析极为不利。因此，市场上急需此类造价低、功能2．1风速风向测量方法完善的海况监测装置，该监测浮标市场前景非常好。由于风速传感器[6输出信号的频率在1kHzl系统设计方案以下，可以采用单片机的输入捕捉来测量风速信号本系统采用分布式的数据采集结构，将多个采的频率。每当风速传感器输出的频率信号上升沿到收稿日期：201401-

5、20作者简介：陈立柱(1983一)，男，河北衡水人。工程师，研究方向：信号与信息处理。·48·新乡学院学报来时单片机的输入捕捉就会产生中断，此时记下定时器中的数值，通过两次中断记下的两个数值和定时器周期，可以获得风速信号的频率值。再计算风速，即一(0．3+0．0877×，)。其中为风速(m／s)．，’为信号频率，0．3和0．0877为系数(不同型号的风速传感器的系数不一样)。为了进行风向的测量，传感器的变换器需要采用精密导电塑料电位器。，从而在电位器的活动端图3参数采集板买物图产生变化的电阻信号输出，并通过A＼D转换把模拟2．3太阳能及电池管理方法输入信号转换为12位

6、数字信号。最后计算风向，即太阳能及电池管理系统的功能就是在电池充满D一360×R／R。其中D表示相对风向值(。)，R。电的时候切断充电电路，在电池电力不足的时候打为电位器电阻(Q)，R．．表示输出电阻(Q)。开充电电路，使电池不会出现过充电或过放电的状由于测得风向值是风向相对于浮标朝向的角态，使得整个系统的稳定性更高。其原理框图如图度，并不是实际的风向，还需要将该值与罗盘测得的4所示浮标朝向角对比来修正，得到风向与地理北极的夹角，这个值才是真正意义上的风向。因此需要把数字罗盘的正方向、浮标平台的正方向、风向传感器的定北点规定在一条直线上，以便用航向角来修正风向，得到实

7、际的风向数值，即偏离地理北极的角度。2．2海流海浪测量方法海流流速及方向的测量是根据GPS采集的时间、经纬度，通过计算单位时间内浮标移动的距离和方向来得到海流的流速及方向的】。利用经纬度图4电源系统原理框图求出两点之间的距离，假设地球是一个标准球体，半太阳能及电池管理系统设计的充电控制器采用了斩波式PWM原理j“。，分两个阶段。第一阶段为径为R，并且假设东经为正，西经为负，北纬为正，南纬为负，那么在球面I任意两点A、B的球面距离快充阶段，第二阶段为PWM阶段(慢充阶段)。采用斩波式PWM充电原理，检测蓄电池的充电端电为：Dis—R×{arccos[C