FZF3_1型海洋资料浮标系统

FZF3-1型海洋资料浮标系统

卜照蓬,刘　岩

(山东省科学院海洋仪器仪表研究所,青岛　266001)

摘　要:介绍了我国自行研制的最新一代用于海洋环境监测的大型FZF3-1型海洋资料浮标系统,论述了该系统的总体技术结构、原理和性能,以及应用P C-104微机作为浮标数据采集控制系统的情况。

关键词:资料浮标;PC-104系统;IN M A RSA T-C卫星传输

中图分类号:P715.2 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2003)02-0059-04

1　前言

FZF3-1型海洋资料浮标系统是我国自行研制的最新一代用于海洋环境监测的大型浮标,适用于布放在水深200m以内的海域。它是一种高度自动化、先进的海洋水文遥测设备。浮标直径10m、全锚链单点系泊;每天自动定时测量平均风速、平均风向、瞬时最大风速、气压、气温、波高、周期等项目,还可测量浮标舱温、方位、开门、进水、锚灯状态等项目,并留有海流计接口;采用低功耗微机控制,进行各测量项目数据的采集、处理,并通过Inmarsat-C卫星通信方式传输数据,由陆地岸站接收。浮标内还装有大容量存储卡,将各测量项目采集的数据进行存储。浮标采用大容量酸性蓄电池供电,并由太阳能电池充电,可以保证在海上连续工作14个月。为能实时掌握浮标锚泊位置,浮标上还装有GPS卫星定位系统。

浮标岸站采用微机自动控制,完成浮标传输数据的接收和处理,将接收的数据进行打印、显示和磁盘存储,并能将浮标上记录的存储卡进行回放处理,也可将存储卡上的数据进行转存,将转存的软盘送到国家海洋信息中心存档。

2　系统主要技术指标及要求

2.1　工作环境条件

收稿日期:2002-10-16

水深 <200m

最大风速 <75m/s

最大波高 <25m

最大潮差 <5m

最大表层流速 <6kn

环境温度 -20～+45℃

相对湿度 0%～100%

最大摇摆角 ±30°

浮标体升沉±0.5g、振动4～5g、冲击30g 时,设备不损坏。

2.2　测量项目及技术指标(见表1)

2.3　数据采集及控制要求

(1)数据采集部分用低功耗PC-104微机系统,其供电电压为12V,经稳压后为5V,守候电流< 80m A,工作电流<1A,卫星通信机在发射时电流<7A。

(2)在正常情况下,每天定时采集和实时发报8次,时间为2,5,8,11,14,17,20,23点。

(3)当平均风速大于17m/s,或有效波高大于4m时,可进行超限自动加密,自本次发报后,数据采集及控制改为每小时一次。当风速或波高低于上述值时,又自动恢复正常采集或发报。

(4)波浪数据及经处理的水文气象参数存入浮标存储卡。存储卡能记录不少于18个月的信息。

(5)每次发报前,浮标微机要对各种报警及检测项目进行巡检并将结果在发报时发回岸站,使岸站及时了解浮标设备工作情况。

2.4　通信设备技术要求

传输方式:采用Inm ar sat-C卫星通信传输方式

第22卷　第2期2003年6月

海　洋　技　术

OCEAN TECHNOLOGY

Vo l.22,No.2

June,2003

调制方式:两相相移键控

数据传输速率:600bit/s

工作频率:发射1626.5～1646.5MHz

接收1530～1545M Hz 平均有效接收率不小于97%

表1　测量项目及技术指标

采样顺序供电电压测量范围分辨率误 差采样间隔采样数量输出量

1波浪+12V 波高　0.5～25m

周期　3～30s

波高　0.5m

周期　1s

0.5～25m为10%

3～20s为10%

0.5s2048点电压量

2风速+5V 0.3～80m/s

瞬时风80m/s

0.3m/s±(0.5+0.05V)m/s1s200点数字量

3风向+12V0～360°5°10°6s100点电压量4气温+12V-15～+45℃0.1℃0.2℃6s10点电压量5气压+12V850～1050hPa0.1hPa±1hPa5s12点电压量6水温+12V-15～+45℃0.1℃±0.5℃1点电压量7舱温+12V-5～+40℃0.2℃±0.5℃1点电压量8方位+12V0～360°0.5°±5°6s100点电压量9流速+12V0.05～2.55m/s±5%

10流向+12V0～360°±10°

2.5　岸站技术要求

(1)岸站计算机能自动对岸站通信设备进行控制。

(2)岸站计算机接收、处理由通信设备送过来的遥测信息,并能对各种数据进行打印、显示等。

(3)能够回放浮标记录的设备,可用便携式计算机。

(4)能够发射遥控指令,具有使浮标系统进入加密采集、传感器切换、补发采集数据和读取备份传感器采样值等功能。

2.6　浮标检测仪技术要求

新研制的浮标检测设备采用便携式计算机,功能强、使用方便,可对浮标系统进行读、写、检查、调试等。

(1)联机操作全部采用菜单方式,在使用上十分方便。

(2)能够设置浮标的各项工作参数。

(3)具有时钟并能显示年、月、日、时、分、秒等功能,可以随时读写浮标的工作时钟,并能保留或直接传给浮标时钟。

(4)可以进行50个左右的联机操作,这些操作命令功能全而操作简单,并且具有短时间(30m in)采集试验及5min发射试验等命令功能。

(5)可以通过联机命令进行传感器加电控制,使得检修功能大大加强。

3　系统组成及功能

FZF3-1型海洋资料浮标系统主要由浮标采集处理系统和岸站接收系统组成。其中浮标采集处理系统是由主控系统、通信系统、分线箱、配电系统、传感器及接口组成;岸站系统主要由卫星通信机和微机系统组成。主要分系统介绍如下。

3.1　采集控制系统

采集控制系统的组成如图1所示,由主控系统、通信系统、分线箱、传感器及传感器接口、配电箱等几部分组成。采用壁挂安装方式,主控系统、通信系统、传感器及传感器接口、配电箱之间均通过分线箱连接。

3.1.1　主控系统

主控系统是整个系统的核心,采用当今比较成熟的嵌入式PC-104总线技术,主机板采用低功耗、稳定性高、扩展性好的PC-10480386CPU板,根据一定的时序控制主机及各类传感器的加断电、采集及处理各类传感器的信号,并将处理后的数据通过通信系统发送到用户的接收站,将原始数据保存到存储器中,并随时响应浮标检测仪的各类检测应答信号。主控系统机箱内主要包括主控单元、DC-DC

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