一种基于gis的浮标监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及水文气象领域，更具体地，涉及一种基于GIS的浮标监测系统。其包括浮标体、数据库服务器和PC终端，所述浮标体上设有嵌入式设备，嵌入式设备包括嵌入式处理器、与嵌入式处理器连接的供电系统、和分别与嵌入式处理器、供电系统连接的数据采集设备、无线通信装置、GPS装置，GPS装置用于与卫星连接，无线通信装置与数据库服务器和PC终端连接。本实用新型的浮标监测系统集成了嵌入式处理器、浮标体，利用GPS装置与卫星连接，将数据采集设备采集的水文数据进行地理位置定位，然后通过无线通信装置将数据传输到数据库服务器进行存储和处理以及传输到PC终端给用户使用，实现了海洋数据的定时自动化监测。
【专利说明】
一种基于GIS的浮标监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及水文气象领域，更具体地，涉及一种基于GIS的浮标监测系统。
【背景技术】
[0002]21世纪是海洋的世纪，未来海洋的开发利用及防护将进入一个突发猛进的新时期，特别是国家提出了海洋强国的战略以后，越来越多的人重视海洋经济。而要对海洋进行开发，就必须对海洋有充分的认识，充分的了解。海洋科学是一门以实验科学为主的学科，调查和观测是研究海洋的常规手段，没有充分的现场观测数据，就难以取得理论上的研究成果。随着浮标技术的发展，在对海洋观测的问题上，很好的解决了海洋环境复杂多变，开发难度大，风险高，周期长，资金昂贵等问题。
[0003]监测浮标是海洋调查中非常重要的一种技术装备，它是一种具有在海洋环境条件下，实现无人值守、长期、连续、同步、自动地稳定可靠地对海洋环境诸要素数据进行自动采集、自动发送全面综合监测的特点。它们是海洋观测站在空间上的延伸，是调查船在时间上的连续。与遥感卫星互相配合，覆盖全球立体式的监测整个海洋。
[0004]当前，浮标监测在海洋事业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的浮标监测平台来看，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距，国外浮标监测系统正朝着高精度智能化、自动化等方面快速发展。目前我国在这方面的总体技术水平还处于20世纪80年代中后期水平。适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不是十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种能定时自动采集海洋水文参数的基于GIS的浮标监测系统。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:
[0007]一种基于GIS的浮标监测系统，包括浮标体、数据库服务器和PC终端，所述浮标体上设有嵌入式设备，嵌入式设备包括嵌入式处理器、与嵌入式处理器连接的供电系统、和分别与嵌入式处理器、供电系统连接的数据采集设备、无线通信装置、GPS装置，GPS装置用于与卫星连接，无线通信装置与数据库服务器和PC终端连接。
[0008]上述方案中，所述数据采集设备包括温度传感器、气压传感器、紫外线传感器、湿度传感器、风速传感器中的一种或者多种。
[0009]上述方案中，所述供电系统包括电压管理电路和与电压管理电路连接的太阳能电池、蓄电池，电压管理电路与嵌入式处理器连接。
[0010]上述方案中，所述浮标体包括外壳体和设于外壳体内部的内壳体，内壳体和外壳体之间填充有浮体填充物，外壳体表面安装数据采集设备和太阳能电池，内壳体内部安装嵌入式处理器、电压管理电路、蓄电池、无线通信装置和GPS装置，外壳体表面还安装有与数据库服务器、PC终端连接的无线天线和用于与卫星连接的GPS天线，无线天线和GPS天线分别于无线通信装置和GPS装置。
[0011 ]上述方案中，所述外壳体为玻璃钢壳，所述内壳体为铝合金壳。
[0012]上述方案中，内壳体为密封结构。
[0013]上述方案中，外壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体通过橡胶圈连接，橡胶圈侧面外凸于上壳体和下壳体的侧面。
[0014]上述方案中，所述浮标体的直径为0.35-0.4m。
[0015]上述方案中，所述外壳体底部设有吊环。
[0016]上述方案中，所述嵌入式处理器为ARM7 -LPC2138。
[0017]与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是:
[0018](I)本实用新型的浮标监测系统集成了嵌入式处理器、浮标体，利用GPS装置与卫星连接，将数据采集设备采集的水文数据进行地理位置定位，然后通过无线通信装置将数据传输到数据库服务器进行存储和处理以及传输到PC终端给用户使用，该系统可以通过数据采集设备和嵌入式处理器自动化定时采集浮体所在海洋区域的水文数据，实现了海洋数据的定时自动化监测。
[0019](2)本实用新型浮标体的外壳体采用玻璃钢，玻璃钢的强度比较高，施工工艺成熟，比重较小，建造成本也比较低，浮标体的外壳体采用玻璃钢，重量适中，而且整个浮标体的直径控制在为0.35-0.4m，使得整个浮标体的重量相对于现在的浮标体，在重量和体积上都有减少，有利于浮标监测系统中浮标体的布放和数据采集。
[0020](3)本实用新型的中部采用橡胶圈，橡胶圈用于缓冲防止撞击损坏，而且外壳体整体防水，具备较强的强度和一点弹性。
[0021](4)本实用新型的内壳体采用铝合金，为密封结构，防水而且具备一定的刚度，可以很好的保护安装在内壳体内的电子设备。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型一种基于GIS的浮标监测系统具体实施例的架构图。
[0023]图2为本实用新型一种基于GIS的浮标监测系统具体实施例中嵌入式设备的架构图。
[0024]图3为本实用新型一种基于GIS的浮标监测系统具体实施例中浮标体的外部结构示意图。
[0025]图4为本实用新型一种基于GIS的浮标监测系统具体实施例中浮标体的内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0027]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0028]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0029]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0030]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。
[0031]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
[0032]实施例1
[0033]如图1-4所示，为本实用新型一种基于GIS的浮标监测系统具体实施例的示意图。参见图1-4，本具体实施例一种基于GIS的浮标监测系统具体包括浮标体1、数据库服务器2和PC终端3，所述浮标体I上设有嵌入式设备11，嵌入式设备11包括嵌入式处理器111、与嵌入式处理器111连接的供电系统、和分别与嵌入式处理器111、供电系统连接的数据采集设备113、无线通信装置114、GPS装置115，GPS装置115用于与卫星4连接，无线通信装置114与数据库服务器2和PC终端3连接。
[0034]其中，供电系统包括电压管理电路和与电压管理电路连接的太阳能电池15、蓄电池，电压管理电路与嵌入式处理器111连接。供电系统由电压管理电路负责状态转换，如此可保证最大的充电效率，并尽量延长电池的使用寿命。具体应用时，数据采集设备可以通过开关电路与电压管理电路连接，在不工作的情况下可以断开电源，保证系统电能的使用效率达到最高。
[0035]浮标体包括外壳体12和设于外壳体12内部的内壳体13，内壳体13和外壳体12之间填充有浮体填充物14，外壳体12表面安装数据采集设备113和太阳能电池15，内壳体13内部安装嵌入式处理器111、电压管理电路、蓄电池、无线通信装置114和GPS装置115，外壳体12表面还安装有与数据库服务器2、PC终端3连接的无线天线121和用于与卫星4连接的GPS天线122，无线天线121和GPS天线122分别于无线通信装置114和GPS装置115，在图3中，嵌入式处理器111、无线通信装置114和GPS装置115集成在设于内壳体13内的电路板131上，电压管理电路、蓄电池集成在设于内壳体13内的电源132上。
[0036]其中，数据采集设备113包括温度传感器1131、气压传感器1132、紫外线传感器1133、湿度传感器1134、风速传感器1135中的一种或者多种。如图2所示的浮标体中，外壳体12表面的顶部安装有温度传感器1131和风速传感器1135，外壳体12表面的底部安装有温度传感器1131。
[0037]具体实施过程中，外壳体12为玻璃钢壳，所述内壳体13为铝合金壳。
[0038]具体实施过程中，外壳体12包括上壳体123和下壳体124，上壳体123和下壳体124通过橡胶圈125连接，橡胶圈125侧面外凸于上壳体123和下壳体124的侧面。浮标体I的中部采用橡胶圈125用于缓冲和防止撞击损坏。
[0039]具体实施过程中，浮标体I的直径为0.35-0.4m。本具体实施例中浮标体的外壳体12采用玻璃钢，玻璃钢的强度比较高，施工工艺成熟，比重较小，建造成本也比较低，浮标体I的外壳体12采用玻璃钢，重量适中，而且整个浮标体I的直径控制在为0.35-0.4m，使得整个浮标体I的重量相对于现在的浮标体，在重量和体积上都有减少。而且内壳体13为密封铝合金壳体结构，密封性好，防水性好，而且具备一定的刚度。再者外壳体12和内壳体13之间采用浮体填充物14填充，是浮体主要的福利来源，具有良好的弹性，及时外壳破裂也不会沉覆。
[0040]具体实施过程中，外壳体12底部设有吊环126。为了方便浮标体抛锚，外壳体12底部设有吊环8，由于整个浮标体I的直径控制在0.35-0.4m之间，由于体积重量小，所以锚泊系统要求比较低，可以将锚链和吊环126连接，另一端挂上水泥石块等具有一定重量的物体即可，单人就可以完成浮标体的布放，成本低而且使用灵活。
[0041 ]下面结合具体的实例对本实用新型进行进一步的说明。
[0042]在具体设计嵌入式设备时可以采用如下具体的芯片实现:
[0043]嵌入式处理器采用ARM7 -LPC2138。本实用新型的嵌入式设备主要的任务是定时的采集水文环境数据，获取时间与坐标，同时也要把处理好的数据通过网络发送到服务器。基于以上需求需要，嵌入式处理器可以采用飞利浦的ARM7 -1^^2138。1^^2138是一款低功耗高性能芯片，可以支持空闲模式和掉电模式。芯片上有RTC，能为系统提供实时时钟，同时该芯片有众多1 口和多个串口、SPI接口和12C接口，满足了各模块和传感器的接口要求。
[0044]其中，温度的测量一般都是通过热敏电阻，电阻的电阻值会随着温度的变化而变化。根据电阻随温度的变化从而得到出温度的变化。
[0045]传统的测温系统采用模拟传感器，在远距离的传输中需要很好的解决引线误差补偿问题和放大电路零点漂移误差问题等技术问题，才能够达到较高的测量精度。而且大多数测量现场的电磁环境恶劣，干扰信号强，模拟信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。特别是考虑到实际中的应用是在水面上，因此，本实用新型采用的是带防水封装的数字温度传感器DS18B20，DS18B20数字温度传感器三线制封装，接线方便，封装成后可应用于多种场合。
[0046]DS18B20的测温范围-55°C~125°C，分辨率最大可达0.0625 °C，可以适应各种高精度测量场合，比如在海洋上很小的温度变化都能够被准确地测量。三线制的封装减少了外部硬件电路，不用单独设计温度补偿电路，具有低成本和易使用的特点。
[0047]其中，为了使采集到的水文数据更加有意义，因此在水文环境数据的基础上，再加入坐标数据，以便后期处理时得到数据的采集地点和时间。所以本实用新型集成了GPS装置。具体的，GPS装置可以采用SIRF2e/LP芯片模块。
[0048]其中，所述气压传感器为BMP085压力传感器，BMP085压力传感器通过I2C总线与ARM7 -LPC2138连接。BMP085是一款高精度、超低能耗的压力传感器，采用I2C总线通信。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低。
[0049]其中，所述湿度传感器为DHT21数字温湿度传感器。
[0050]其中，风速传感器为三杯式脉冲输出型风速传感器。本实用新型采用三杯式脉冲输出型风速传感器，传感器壳体和风杯采用铝合金结构，使用特种模具精密压铸工艺，尺寸公差甚小表面精度甚高，内部电路均经过防护处理，整个传感器具有很高的强度、耐候性、防腐蚀和防水性。电缆接插件为军工插头，具有良好的防腐、防侵蚀性能，能够保证仪器长期使用，同时配合使用风速传感器内部进口轴承系统，确保了风速采集的精确性。风速的计算为:风速=单位时间内的脉冲数*系数。
[0051 ]其中，所述紫外线传感器为UVM-30A紫外线传感器，UVM-30A紫外线传感器通过AD转换模块与ARM7 -LPC2138连接。UVM-30A带信号放大功能，专为需要高可靠性和精确性测量紫外线指数(UVI)的场合所设计，而且响应快，防水防尘易清洗。
[0052]其中，所述无线通信装置为CDMA无线模块。进一步的，CDMA无线模块可以采用华为的 CDMA 模块 EM200。
[0053]EM200 CDMA模块提供一路串行接口，支持8线串行总线接口或4线串行总线接口或2线串行接口。EM200模块通过串口与设备进行通信，和AT指令的输入。
[0054]相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
[0055]附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0056]显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，包括浮标体、数据库服务器和PC终端，所述浮标体上设有嵌入式设备，嵌入式设备包括嵌入式处理器、与嵌入式处理器连接的供电系统、和分别与嵌入式处理器、供电系统连接的数据采集设备、无线通信装置、GPS装置，GPS装置用于与卫星连接，无线通信装置与数据库服务器和PC终端连接。2.根据权利要求1所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述数据采集设备包括温度传感器、气压传感器、紫外线传感器、湿度传感器、风速传感器中的一种或者多种。3.根据权利要求1所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述供电系统包括电压管理电路和与电压管理电路连接的太阳能电池、蓄电池，电压管理电路与嵌入式处理器连接。4.根据权利要求3所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述浮标体包括外壳体和设于外壳体内部的内壳体，内壳体和外壳体之间填充有浮体填充物，外壳体表面安装数据采集设备和太阳能电池，内壳体内部安装嵌入式处理器、电压管理电路、蓄电池、无线通信装置和GPS装置，外壳体表面还安装有与数据库服务器、PC终端连接的无线天线和用于与卫星连接的GPS天线，无线天线和GPS天线分别于无线通信装置和GPS装置。5.根据权利要求4所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述外壳体为玻璃钢壳，所述内壳体为招合金壳。6.根据权利要求5所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，内壳体为密封结构。7.根据权利要求4所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，外壳体包括上壳体和下壳体，上壳体和下壳体通过橡胶圈连接，橡胶圈侧面外凸于上壳体和下壳体的侧面。8.根据权利要求1所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述浮标体的直径为0.35-0.4mο9.根据权利要求4-7任一项所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述外壳体底部设有吊环。10.根据权利要求1-9任一项所述的基于GIS的浮标监测系统，其特征在于，所述嵌入式处理器为ARM7 -LPC2138。
【文档编号】G01D21/02GK205719096SQ201620515727
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】邓锐, 陈亮, 彭小红, 刘思凤, 陈应雁
【申请人】广东海洋大学