基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標的製作方法

2023-05-30 12:34:11

專利名稱：基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標的製作方法
技術領域：
本發明屬於水下無線通信技術領域，具體涉及一種基於感應耦合的錨泊自升降剖
面監測浮標。
背景技術：
錨泊自升降剖面監測浮標同時具備錨泊浮標的長期定點特性和漂流式剖面監測 浮標的可自動升降特性，可以獲取特定研究海域的定點的、長期的、高垂直解析度的序列垂 直剖面監測數據，是近些年來發展起來的一種先進的海洋監測浮標。該類浮標通常採用兩 點系留式設計，即上端浮標牽拉，下端錨碇，剖面儀在浮標與錨碇間往復升降運動以採集剖 面監測數據，剖面儀獲取的監測數據藉助某種通信方式傳輸至浮標體後，再由浮標體利用 數傳電臺或通訊衛星發送至岸基數據中心。剖面儀與浮標體之間的通信方式若採用有線方 式，則由於剖面儀的往復升降運動導致通信距離不斷變化，不僅使得傳輸線路設計困難，同 時通信的可靠性、剖面儀的安全性也難以保障。若採用無線方式，則在水下無線通信方式 中，水聲通信具有傳輸距離遠、傳輸率高等一系列優點，但其成本過高，同時功耗較高，考慮 到剖面儀的自容式供電特性，無法滿足長期觀測要求；水下雷射通訊通信距離遠、傳輸率較 高，但結構複雜、造價高，同時通信的方向性要求高；水下LED光學通訊造價低、功耗低、傳 輸距離較遠、但同樣存在方向性要求過高問題，若無相應裝置保證其探頭在較小的範圍內 對準，則通訊性能將大幅下降甚至通訊中斷。

發明內容
本發明的目的在於提拱一種基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標。該浮標可
以在剖面儀上浮或下降過程中實現剖面監測數據的水下採集與自容式存儲，在浮標體上實
現剖面監測數據的存儲以及數傳電臺或衛星遠程轉發，在剖面儀上浮至浮標體底部時實現
剖面監測數據在剖面儀與浮標體之間的近距離非接觸式無線傳輸，滿足剖面儀與浮標體間
數據存儲與傳輸的低成本、低功耗和高可靠性要求。 為解決上述技術問題，本發明所採取的具體技術方案是 基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標包括天線、浮標體、浮標體儀器倉、通訊 收發模塊、水下剖面儀、單向鎖定開關、剖面儀傳感器、系留纜和配重塊。 浮標體的頂部設置有天線，浮標體底部設置有下支架，下支架的底部與系留纜的 一端連接，系留纜的另一端與配重塊連接，系留纜上設置有單向鎖定裝置，單向鎖定裝置與 水下剖面儀的側壁固定設置，剖面儀傳感器設置在水下剖面儀內腔； 浮標體儀器倉設置在浮標體內，通訊收發模塊設置在浮標體儀器倉內。浮標體儀
器倉內還設置有浮標數據轉發模塊和耦合信號接收模塊，通訊收發模塊通過串口與浮標數
據轉發模塊信號連接，耦合信號接收模塊通過串口與浮標數據轉發模塊信號連接； 系留纜上還套接有耦合信號接收線圈和耦合信號發送線圈，耦合信號接收線圈設
置在下支架上並與耦合信號接收模塊信號連接；耦合信號發送線圈與剖面儀內腔中的耦合信號發送模塊信號連接，耦合信號發送模塊與水下數據採集與存儲模塊信號連接，水下數 據採集與存儲模塊與剖面儀傳感器信號連接。 所述的水下數據採集與存儲模塊包括核心板和底板，核心板和底板之間通過核心 板總線連接；所述的底板包括數據存儲模塊、剖面儀傳感器數據接口模塊、監測數據中轉遠 程傳輸接口模塊、控制量接口模塊以及調試接口模塊。 數據存儲模塊包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波 電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻濾波電解電容Cll、 第一保險絲Fl、第二保險絲F2、雙排USB插頭連接器CN2。 第二高頻濾波電容CIO的一端和第一保險絲F1的一端接5V電源，第一保險絲F1 的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭 連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端 和第一低頻濾波電解電容C8的負極均接地； 第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險絲F2的一端接5V電源，第二保險絲F2 的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插 頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一 端和第二低頻濾波電解電容Cll的負極均接地； 底板剖面儀傳感器數據接口模塊包括第一電平轉換晶片U3、第二電平轉換晶片 U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容C22、第四倍壓電解 電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解電容C26、第八倍壓 電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29 ;第一倍壓電解電容C20的正 極與第一電平轉換晶片U3的1腳連接，負極與第一電平轉換晶片U3的3腳連接，第二倍壓 電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U3的4腳連接，負極與第二電平轉換晶片U3的5 腳連接，第三倍壓電解電容C22的負極、第四倍壓電解電容C23的正極和第一電平轉換晶片 U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉換晶片U3的2腳連接， 第四倍壓電解電容C23的負極接地；第五倍壓電解電容C24負極與第一電平轉換晶片U3的 6腳連接，正極接地； 第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉換晶片U4的l腳連接，負極與第一電 平轉換晶片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U4的4腳 連接，負極與第二電平轉換晶片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負極、第九倍壓電 解電容C28的正極和第二電平轉換晶片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正 極與第二電平轉換晶片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負極接地；第十倍壓電解 電容C29負極與第二電平轉換晶片U4的6腳連接，正極接地； 監測數據中轉遠程傳輸接口模塊包括第三電平轉換晶片U2，第十一倍壓電解電容 C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電解電容C18、第十五 倍壓電解電容C19 ;第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉換晶片U2的1腳連接，負 極與第三電平轉換晶片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉換晶片 U2的4腳連接，負極與第三電平轉換晶片U2的5腳連接，第十三倍壓電解電容C17負極、第 十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉換晶片U2的16腳與5V電源連接；第十三倍壓電 解電容C17正極與第三電平轉換晶片U2的2腳連接，第十四倍壓電解電容C18負極接地，第十五倍壓電解電容C19負極與第三電平轉換晶片U2的6腳連接，正極接地；
控制量接口模塊包括狀態指示燈供電調壓器U5、第五高頻濾波電容C3、第三低頻 濾波電解電容C4、第一 10狀態指示燈DS2、第二 10狀態指示燈DS3、第三10狀態指示燈 DS4、第四10狀態指示燈DS5、第五10狀態指示燈DS6、第六10狀態指示燈DS7、第七10狀 態指示燈DS8、第八10狀態指示燈DS8、第九10狀態指示燈DS10、第一限流電阻R7、第二限 流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻Rll、第六限流電阻R12、第 七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15 ;第五高頻濾波電容C3 —端、第三低 頻濾波電解電容C4正極與狀態指示燈供電調壓器U5的輸出端連接；第五高頻濾波電容C3 另一端、第三低頻濾波電解電容C4負極、狀態指示燈供電調壓器U5的接地端接接地；狀態 指示燈供電調壓器U5的輸入端接5V電源； 第一限流電阻R7—端、第二限流電阻R8—端、第三限流電阻R9—端、第四限流電 阻R10 —端、第五限流電阻Rll —端、第六限流電阻R12 —端、第七限流電阻R13 —端、第八 限流電阻R14—端和第九限流電阻R15—端並聯後接狀態指示燈供電調壓器U5的輸出端； 第一限流電阻R7另一端接第一 10狀態指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二 10狀態指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三10狀態指示燈DS4的正極，第 四限流電阻R10另一端接第四10狀態指示燈DS5的正極，第五限流電阻R11另一端接第五 10狀態指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六10狀態指示燈DS7的正極，第 七限流電阻R13另一端接第七10狀態指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八 10狀態指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九10狀態指示燈DS10的正極；
調試接口模塊包括網絡隔離變壓器U1、RJ45網絡接頭CN1、第一匹配電阻R1、第二 匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容C5、耐壓電容C6和隔 離電容C7 ; 第一匹配電阻Rl的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第 四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6 —端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7 —端連接 後接大地，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻Rl的另一端與網絡隔離變壓器Ul的10 腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網絡隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的 另一端與RJ45網絡接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網絡接 頭CN1的7腳和8腳連接，網絡隔離變壓器Ul的16腳與RJ45網絡接頭CN1的1腳連接， 網絡隔離變壓器Ul的14腳與RJ45網絡接頭CN1的2腳連接，網絡隔離變壓器Ul的11腳 與RJ45網絡接頭CN1的3腳連接，網絡隔離變壓器Ul的9腳與RJ45網絡接頭CN1的6腳 連接，高頻濾波電容C5的一端接網絡隔離變壓器Ul的7腳，另一端接地；
所述的耦合信號發送模塊由數據接口、調製電路、功放電路構成。數據接口通過串 口與水下數據採集與存儲模塊信號連接，調製電路一端與數據接口信號連接，另一端與功 放電路一端信號連接，功放電路一端與調製電路信號連接，另一端與耦合信號發送線圈連 接。 所述的耦合信號接收模塊由放大電路、前端濾波電路、檢波電路、後端濾波電路、 數位訊號還原電路和數據接口構成。其中，放大電路一端連接耦合信號接收線圈，另一端與 前端濾波電路一端信號連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號連接，檢波電路另 一端與後端濾波電路一端信號連接，後端濾波電路與數位訊號還原電路一端信號連接，數位訊號還原電路另一端連接數據接口 。 所述的發送線圈和接收線圈均採用①1.2mm漆包線繞制，線圈形狀為圓形，直徑 7. 5cm，匝數為10。 所述的調製電路包括時基電路LM555，第一充放電電容Cl、第二充放電電容C2，可 調電阻R5、頻率設置電阻R6、二極體D1和運算放大器LM318N ;第一充放電電容C1的一端和 時基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容Cl的另一端與時基電路LM555的5腳連接， 二極體Dl的陰極、時基電路LM555的6腳、時基電路LM555的2腳、頻率設置電阻R6的一 端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設置電阻R6 的另一端、二極體D1的陽極和時基電路LM555的7腳與可調電阻R5 —端連接，可調電阻R5 另一端和時基電路LM555的8腳接5V電源，可調電阻R5的可調端與時基電路LM555的7腳 連接；時基電路LM555的3腳與運算放大器LM318N的同相輸入端連接，運算放大器LM318N 的反相輸入端與運算放大器LM318N的輸出端連接。 所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設置電容C6、第二截止頻率設置電容 C7，第一截止頻率設置電阻R10、第二截止頻率設置電阻Rll、第一負反饋電阻R12、第二負 反饋電阻R13和運算放大器0P07CN ;第二截止頻率設置電阻Rll —端、第一截止頻率設置 電容C6 —端與第一截止頻率設置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設置電阻Rll另一 端、第二截止頻率設置電容C7 —端與運算放大器0P07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率 設置電容C7另一端接地，第一截止頻率設置電容C6另一端、第二負反饋電阻R13—端與運 算放大器0P07CN的輸出端連接，第二負反饋電阻R13另一端、第一負反饋電阻R12 —端與 運算放大器0P07CN的反相輸入端連接，第一負反饋電阻R12另一端接地；
所述的檢波電路包括整流二極體D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運算放 大器LF351AN。整流二極體D4 —端、第三充放電電容C8 —端、充放電電阻R14 —端與運算 放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接 地，運算放大器LF351AN的反相輸入端與運算放大器LF351AN的輸出端連接。
所述的數位訊號還原電路包括濾波電解電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置 電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電 阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器 LM339AN和集成與非門SN74LS00N ; 第一偏置電阻R22 —端、第二偏置電阻R23 —端、電壓比較器LM339AN的5腳和電 壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的負端連接，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上 限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓 電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21 —端接+5V，電壓比較 器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門 SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地； 電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓 分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3 腳和第二上拉電阻R26 —端接+5￥，第二上拉電阻R26另一端、電壓比較器LM339AN的1腳 與集成與非門SN74LS00N的12腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地，集成與 非門SN74LS00N的5腳與11腳連接，集成與非門SN74LS00N的6腳與13腳連接;
本發明提出的錨泊自升降剖面監測浮標，其剖面監測數據的傳輸過程具有非接觸 特性，使得錨泊自升降監測浮標的剖面儀與浮標體可採用分離式設計，二者之間除系留纜 外，無需添加額外的通信線路，既保證了數據通信的可靠性，同時也保障了監測浮標的安全 性。此外，本發明提出的水下無線數據傳輸裝置基於電磁感應原理，對於收、發線圈相對位 置的方向性要求較低，可以在較大的空間角度範圍內實現近距離非接觸式無線傳輸，除此 之外，該裝置還具有成本低、功耗小等一系列優點，與水聲通訊、水下光學通訊等背景技術 相比，更加適合實現剖面儀與浮標體之間的近距離非接觸式無線數據傳輸。


圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明中數據傳輸示意圖；圖3為圖2中水下數據採集與存儲模塊和浮標數據轉發模塊示意4為圖3中核心板總線示意圖；圖5為圖3中底板數據存儲模塊示意圖；圖6為圖3中底板剖面儀傳感器數據接口模塊示意圖；圖7為圖3中監測數據中轉遠程傳輸接口模塊示意圖；圖8為圖3中控制量接口模塊示意圖；圖9為圖3中調試接口模塊示意圖；圖10為圖2中的耦合信號發送模塊結構示意圖；圖11為圖2中的耦合信號接收模塊結構示意圖；圖12為圖2中的發送線圈和接收線圈示意圖；圖13為圖10中的調製電路示意圖；圖14為圖11中的前端濾波電路示意圖；圖15為圖11中的檢波電路示意圖；圖16為圖11中的數位訊號還原電路示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。 如圖1所示(圖中曲線為水面)，基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標，包括 天線1 、浮標體2、浮標體儀器倉3、通訊收發模塊4、水下剖面儀9、單向鎖定開關10、剖面儀 傳感器13、系留纜14和配重塊15。 浮標體2的頂部設置有天線l，浮標體2底部設置有下支架，下支架的底部與系留 纜14的一端連接，系留纜14的另一端與配重塊15連接，系留纜14上設置有單向鎖定裝置 IO，單向鎖定裝置10與水下剖面儀9的側壁固定設置，剖面儀傳感器13設置在水下剖面儀 9內腔； 浮標體儀器倉3設置在浮標體2內，通訊收發模塊4設置在浮標體儀器倉3內。浮 標體儀器倉3內還設置有浮標數據轉發模塊5和耦合信號接收模塊6，通訊收發模塊4通過 串口與浮標數據轉發模塊5信號連接，耦合信號接收模塊6通過串口與浮標數據轉發模塊 5信號連接；
系留纜14上還套接有耦合信號接收線圈7和耦合信號發送線圈8，耦合信號接收 線圈7設置在下支架上並與耦合信號接收模塊6信號連接；耦合信號發送線圈8與剖面儀 9內腔中的耦合信號發送模塊11信號連接，耦合信號發送模塊11與水下數據採集與存儲模 塊12信號連接，水下數據採集與存儲模塊12與剖面儀傳感器13信號連接。
天線1可以選用數傳電臺天線或衛星通訊天線，耦合信號接收模塊6與耦合信號 接收線圈7採用雙芯水密電纜連接；耦合信號發送模塊11與耦合信號發送線圈8也採用雙 芯水密電纜連接；水下數據採集與存儲模塊12與耦合信號發送模塊11採用RS232串口連 接。 如圖2所示，數據傳輸主要依靠水下數據採集與存儲模塊12、耦合信號發送模塊 11、耦合信號發送線圈8、耦合信號接收線圈7、耦合信號接收模塊6以及浮標數據轉發模塊 5。其中，水下數據採集與存儲模塊12與耦合信號發送模塊11之間採用RS232串口相連接； 耦合信號發送模塊11與耦合信號發送線圈8之間可直接採用普通導線連接，耦合信號發送 線圈8置於水下時需採用雙芯水密導線；耦合信號接收線圈7與耦合信號接收模塊6之間 的連接方式與發送模塊11、線圈8之間的連接方式類似；耦合信號接收模塊6與浮標數據 轉發模塊5之間採用RS232串口相連接。 如圖3所示，水下數據採集與存儲模塊12包括核心板5-1和底板5-2，核心板 5-1和底板5-2之間通過核心板總線5-3連接；所述的底板5-2包括數據存儲模塊5_2_1、 剖面儀傳感器數據接口模塊5-2-2、監測數據中轉遠程傳輸接口模塊5-2-3、控制量接口 模塊5-2-4以及調試接口模塊5-2-5。其中，核心板5-1採用成都英創信息技術有限公司 EM9160ARM9工控主板；核心板5_1與底板5_2之間採用核心板總線5_3相連接。
如圖4所示，核心板總線5-3包含EM9160_CN1和EM9160_CN2兩個針狀雙排插座。 依據信號線間的相互邏輯關係以及實現的功能，可分為RJ45網絡接口信號線(CNll-6)、 USB接口信號線(CN17、8、23、24)、串口信號線(CN113-22、25、26、29-34) 、 GPIO接口信號線 (CN110、12、35、36， CN28、33-36)以及擴展總線(CN23、7、9、 10、 12、 13-24)。
核心板5-1以ARM9晶片AT91SAM9260為CPU，負責作業系統加載和系統初始化，借 助核心板總線5-3實現核心板5-1與底板5-2之間的通訊、底板5-2各模塊間的協調、剖面 監測數據的採集與存儲控制以及藉助耦合信號發送模塊11發送監測數據等功能。
如圖5所示，數據存儲模塊5-2-1包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容 C10、第三高頻濾波電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻 濾波電解電容Cll、第一保險絲Fl、第二保險絲F2、雙排USB插頭連接器CN2。第一高頻濾 波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波電容C12和第四高頻濾波電容C13的容量 值均為0. luF，第一低頻濾波電解電容C8和第二低頻濾波電解電容Cll容量值均為10uF， 第一保險絲Fl和第二保險絲F2熔斷電流為0. 5A。 第二高頻濾波電容C10的一端和第一保險絲Fl的一端接5V電源，第一保險絲Fl 的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭 連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端 和第一低頻濾波電解電容C8的負極均接地； 第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險絲F2的一端接5V電源，第二保險絲F2 的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一 端和第二低頻濾波電解電容Cll的負極均接地； 雙排USB插頭連接器CN2的2、3、6、7腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的 24、23、8、7腳，雙排USB插頭連接器CN2的4、8腳均接於信號地；雙排USB插頭連接器CN2 的9-12腳均接於大地。 底板數據存儲模塊5-2-1的作用為提供U盤接口 ，可同時連接兩個大容量U盤供 核心板5-1訪問，實現剖面監測數據的水下自容式存儲或浮標體中轉存儲。
如圖6所示，底板剖面儀傳感器數據接口模塊5-2-2包括第一電平轉換晶片U3、 第二電平轉換晶片U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容 C22、第四倍壓電解電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解 電容C26、第八倍壓電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29 ;第一倍壓 電解電容C20的正極與第一電平轉換晶片U3的1腳連接，負極與第一電平轉換晶片U3的3 腳連接，第二倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U3的4腳連接，負極與第二電 平轉換晶片U3的5腳連接，第三倍壓電解電容C22的負極、第四倍壓電解電容C23的正極 和第一電平轉換晶片U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉換 晶片U3的2腳連接，第四倍壓電解電容C23的負極接地；第五倍壓電解電容C24負極與第 一電平轉換晶片U3的6腳連接，正極接地； 第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉換晶片U4的l腳連接，負極與第一電 平轉換晶片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U4的4腳 連接，負極與第二電平轉換晶片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負極、第九倍壓電 解電容C28的正極和第二電平轉換晶片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正 極與第二電平轉換晶片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負極接地；第十倍壓電解 電容C29負極與第二電平轉換晶片U4的6腳連接，正極接地； 倍壓電解電容容量值均為0. luF，第一電平轉換晶片U3的9腳、10腳、11腳、12腳 分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的25腳、30腳、26腳和29腳，U3的7腳、8腳分別接 JP4的1腳、2腳，U3的14腳、13腳分別接JP5的1腳、2腳，U3的15、 16腳分別接信號地 和5V電源；U4的9腳、10腳、11腳、12腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的32腳、31 腳、33腳和34腳，U4的7腳、8腳分別接JP6的1腳、2腳，U4的14腳、13腳分別接JP7的 1、2腳，U4的15腳、16腳分別接信號地和5V電源，JP3的1、2腳直接接於核心板總線5_3 中EM9160_CN1的21、22腳。 底板剖面儀傳感器數據接口模塊5-2-2可提供5個3線RS232串口 。當底板5_1 用於水下數據採集與存儲模塊12時，可藉助這5個3線RS232串口同時訪問5個測量不同 參數的水下傳感器以實現水下5種剖面監測數據的採集；而當底板5-1用於浮標數據轉發 模塊5時，可在5個3線RS232串口中任選一個用於從耦合信號接收模塊6中獲取剖面監 測數據。 如圖7所示，監測數據中轉遠程傳輸接口模塊5-2-3包括第三電平轉換晶片U2，第 十一倍壓電解電容C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電 解電容C18、第十五倍壓電解電容C19 ;第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉換晶片 U2的1腳連接，負極與第三電平轉換晶片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉換晶片U2的4腳連接，負極與第三電平轉換晶片U2的5腳連接，第十三倍壓電 解電容C17負極、第十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉換晶片U2的16腳與5V電源 連接；第十三倍壓電解電容C17正極與第三電平轉換晶片U2的2腳連接，第十四倍壓電解 電容C18負極接地，第十五倍壓電解電容C19負極與第三電平轉換晶片U2的6腳連接，正 極接地； 五個倍壓電解電容個容量值均為0. luF， U2的11腳、12腳分別接核心板總線5_3 中EM9160_CN1的14腳、13腳，U2的13、 14腳分別接標準RS232DB9連接器JP2的3、2腳， U2的15、 16腳分別接信號地和5V電源；JP2的5腳接信號地，JP2的1腳、4腳、6腳、7腳、8 腳和9腳分別接核心板總線5-3中EM9160_CN1的20腳、18腳、17腳、16腳、15腳和19展卩。
監測數據中轉遠程傳輸接口模塊5-2-3提供一個標準9線RS232串口。當底板 5-1用於水下數據採集與存儲模塊12時，可藉助該9線RS232串口將數據發送至耦合信號 發送模塊11 ;當底板5-1用於浮標數據轉發模塊5時，該9線RS232串口用於將剖面監測 數據發送至浮標數據轉發模塊5，再由浮標數據轉發模塊5進行剖面監測數據的遠程轉發。
如圖8所示，控制量接口模塊5-2-4包括狀態指示燈供電調壓器U5、第五高頻濾 波電容C3、第三低頻濾波電解電容C4、第一 10狀態指示燈DS2、第二 10狀態指示燈DS3、第 三10狀態指示燈DS4、第四10狀態指示燈DS5、第五10狀態指示燈DS6、第六10狀態指示 燈DS7、第七10狀態指示燈DS8、第八10狀態指示燈DS8、第九10狀態指示燈DS10、第一限 流電阻R7、第二限流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻Rll、第六 限流電阻R12、第七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15 ;第五高頻濾波電容 C3 —端、第三低頻濾波電解電容C4正極與狀態指示燈供電調壓器U5的輸出端連接；第五 高頻濾波電容C3另一端、第三低頻濾波電解電容C4負極、狀態指示燈供電調壓器U5的接 地端接接地；狀態指示燈供電調壓器U5的輸入端接5V電源； 第一限流電阻R7—端、第二限流電阻R8—端、第三限流電阻R9—端、第四限流電 阻R10 —端、第五限流電阻Rll —端、第六限流電阻R12 —端、第七限流電阻R13 —端、第八 限流電阻R14—端、第九限流電阻R15—端並聯後接狀態指示燈供電調壓器U5的輸出端； 第一限流電阻R7另一端接第一 10狀態指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二 10狀態指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三10狀態指示燈DS4的正極，第 四限流電阻R10另一端接第四10狀態指示燈DS5的正極，第五限流電阻Rll另一端接第五 10狀態指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六10狀態指示燈DS7的正極，第 七限流電阻R13另一端接第七10狀態指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八 10狀態指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九10狀態指示燈DS10的正極；
第五高頻濾波電容C3容量值為0. luF的、第三低頻濾波電解電容C4容量值為 10uF，控制量接口模塊5-2-4可提供9個GPIO用於接收或輸出數字開關信號，9個狀態指示 燈用於顯示對應的GPIO 口開關狀態，便於調試。當底板5-l用於水下數據採集與存儲模塊 12時，可藉助這些GPIO實現對單向鎖定開關10或其他相關水下設備的控制。
如圖9所示，調試接口模塊5-2-5包括網絡隔離變壓器U1、RJ45網絡接頭CN1、第 一匹配電阻Rl、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容 C5、耐壓電容C6和隔離電容C7 ; 第一匹配電阻Rl的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6 —端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7 —端連接，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻R1的另一端與網絡隔離變壓器U1的10腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網絡隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的另一端與RJ45網絡接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網絡接頭CN1的7腳和8腳連接，網絡隔離變壓器Ul的16腳與RJ45網絡接頭CN1的1腳連接，網絡隔離變壓器Ul的14腳與RJ45網絡接頭CN1的腳連接，網絡隔離變壓器Ul的11腳與RJ45網絡接頭CN1的3腳連接，網絡隔離變壓器Ul的9腳與RJ45網絡接頭CN1的6腳連接，高頻濾波電容C5的一端接網絡隔離變壓器Ul的7腳，另一端接地； 第六高頻濾波電容C5容量值為0. luF，耐壓電容C6參數為10nF/2kV，隔離電容C7容量值為0. luF， Ul的1腳、2腳、3腳、6腳和8腳分別接於核心板總線5-3中EM9160_CN1的1展p、9展P、2展P、3腳和4展P， Ul的9腳、11腳、14腳、16腳分別接於CN1的6展P、3展卩、2腳、1腳;CN1的11腳、12腳分別接於核心板總線5-3中EM9160_CN1的5、6腳;
調試接口模塊5-2-5提供網絡調試接口，用於程序調試。 如圖lO所示，耦合信號發送模塊ll由數據接口 11-1、調製電路11-2、功放電路11-3構成。數據接口 11-1通過串口與水下數據採集與存儲模塊12，調製電路11-2—端與數據接口 11-1信號連接，另一端與功放電路11-3 —端信號連接，功放電路11-3 —端與調製電路ll-2信號連接，另一端與耦合信號發送線圈8連接。其中，數據接口 11-1採用RS232串口，用於連接水下數據採集與存儲模塊12，以便接收待發送的剖面監測數據；調製電路ll-2用於將待發送數據信號採用幅度鍵控(ASK)方式調製到一定頻率的載波信號上；功放電路採用甲乙類互補推挽功率放大電路，用於將經過調製的待發送數據信號進行功率放大。 如圖11所示，耦合信號接收模塊6由放大電路6-l、前端濾波電路6-2、檢波電路6-3、後端濾波電路6-4、數位訊號還原電路6-5和數據接口 6-6構成。其中，放大電路6-1 —端連接耦合信號接收線圈7，另一端與前端濾波電路6-2 —端信號連接，前端濾波電路6-2另一端與檢波電路6-3 —端信號連接，檢波電路6-3另一端與後端濾波電路6-4 —端信號連接，後端濾波電路6-4與數位訊號還原電路6-5 —端信號連接，數位訊號還原電路6-5另一端連接數據接口 6-6。 其中，放大電路6-1採用集成運放構成的電壓放大電路實現接收線圈7上微弱電壓信號的放大；前端濾波電路採用集成運放構成的有源低通濾波器濾除傳輸過程中產生的高頻噪聲信號；檢波電路用於獲取已發生畸變的基帶信號；後端濾波電路採用集成運放構成的有源低通濾波器，用於進一步濾除高頻幹擾信號；數位訊號還原電路6-5用於將後端濾波電路6-4產生的模擬信號還原為數位訊號；數據接口採用RS232串口將還原的數位訊號傳輸至數據接收終端。 如圖12所示，發送線圈8和接收線圈7的參數和繞制方法一致，均採用①1.2mm漆包線繞制，線圈形狀為圓形，直徑7. 5cm，匝數為10。繞制好的線圈具有兩個端子，若將線圈作為發送線圈8，則其中一個端子連接功放電路ll-3的輸出端，另一端連接耦合信號發送模塊11的接地端；若將線圈作為接收線圈7，則其中一個端子連接放大電路6-1的輸出端，另一端連接耦合信號接收模塊6的接地端。 如圖13所示，所述的調製電路11-2包括時基電路LM555，第一充放電電容C1、第二充放電電容C2，可調電阻R5、頻率設置電阻R6、充放電引導二極體Dl和運算放大器；第一充放電電容Cl的一端和時基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容Cl的另一端與時基電路LM555的5腳連接，充放電引導二極體D1的陰極、時基電路LM555的6腳、時基電路LM555的2腳、頻率設置電阻R6的一端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設置電阻R6的另一端、充放電引導二極體D1的陽極和時基電路LM555的7腳與可調電阻R5 —端連接，可調電阻R5另一端和時基電路LM555的8腳接5V電源，可調電阻R5的可調端與時基電路LM555的7腳連接；時基電路LM555的3腳與運算放大器的同相輸入端連接，運算放大器的反相輸入端與運算放大器的輸出端連接。
調製電路5-2的作用就是將待發送數據進行ASK載波調製，LM555通過R5、 R6、 C2產生一定頻率的方波信號，R5選用10KQ的可變電阻，R6選用3KQ電阻，C2選用0. OOluF電容，通過調節R5的阻值就可產生頻率為200KHz的載波，C1選用0. luF電容，D1選用普通二極體，通過待發送數據在復位端的變化，就可以對信號進行ASK調製，並最終通過LM555的3引腳將調製後的信號輸出，LM318N用做電壓跟隨器，增大輸出信號的帶負載能力。
如圖14所示，所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設置電容C6、第二截止頻率設置電容C7，第一截止頻率設置電阻R10、第二截止頻率設置電阻Rll、第一負反饋電阻R12、第二負反饋電阻R13和運算放大器0P07CN ; 第二截止頻率設置電阻R11—端、第一截止頻率設置電容C6—端與第一截止頻率設置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設置電阻Rll另一端、第二截止頻率設置電容C7一端與運算放大器0P07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率設置電容C7另一端接地，第一截止頻率設置電容C6另一端、第二負反饋電阻R13 —端與運算放大器0P07CN的輸出端連接，第二負反饋電阻R13另一端、第一負反饋電阻R12 —端與運算放大器0P07CN的反相輸入端連接，第一負反饋電阻R12另一端接地； 前端濾波電路6-2的作用為濾除信號傳輸過程中產生的高頻噪聲信號，C6、 C7選擇0. 001uF電容，R10、R11選用680Q電阻，R12選用10KQ電阻，R13選用4. 7K Q電阻，與運算放大器0P07CN—起構成有源低通濾波器，濾除載波頻率200KHz以外的高頻噪聲信號。經濾波後的信號輸出至檢波電路6-3。 如圖15所示，所述的檢波電路6-3包括整流二極體D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運算放大器LF351AN。整流二極體D4 —端、第三充放電電容C8 —端、充放電電阻R14—端與運算放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接地，運算放大器LF351AN的反相輸入端與運算放大器LF351AN的輸出端連接。 檢波電路6-3的作用是將調製在載波信號上的有用耦合信號解調出來，D4選用肖特基二極體，C8選用0. OluF電容，R14選用1. 5K Q電阻，D4、 C8、 R14構成標準的二極體整流檢波電路，將波特率為9600bps的有用信號解調出來。LF351AN用作電壓跟隨器，增大輸出信號的帶負載能力。包絡檢波後的信號輸出至後端濾波電路6-4。 如圖16所示，所述的數位訊號還原電路6-5包括濾波電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器LM339AN和集成與非門SN74LS00N ;
第一偏置電阻R22 —端、第二偏置電阻R23 —端、電壓比較器LM339AN的5腳和電壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的一端，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21 —端接+5V，電壓比較器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地； 電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第二上拉電阻R26 —端接+5V，第二上拉電阻R26另一端與電壓比較器LM339AN的1腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地； 數位訊號還原電路6-5的作用是將後端濾波電路6-4輸出的模擬信號轉換為數位訊號。電容C12選用10uF電容，用於使後端濾波電路6-4輸出的信號更加平滑；電阻R19、R24選用1KQ電阻，R20、R25選用10KQ可變電阻，R21、 R22、 R23、 R26選用10KQ電阻，與LM339AN構成閾值比較電路，並與SN74LS00N構成施密特觸發電路，將9600bps的數位訊號還原出來，還原後的信號即為水下數據採集與存儲模塊12發出的剖面監測數據。
本發明的工作過程為剖面儀在下降或升浮過程中其內部搭載的傳感器通過傳感器數據接口將剖面監測數據傳輸至水下數據採集與存儲模塊進行自容存儲；當剖面儀上浮至浮標體底部一定距離範圍內，耦合信號收發模塊可以建立穩定的通訊連接時，水下數據採集與存儲模塊發送指令關閉單向鎖定裝置，剖面儀停止上浮，水下數據採集與存儲模塊將存儲在SD卡或U盤中的剖面監測數據通過耦合信號發送和接收模塊耦合傳輸至浮標數據轉發模塊；浮標數據轉發模塊獲得剖面監測數據後，將其存儲在自身的SD卡或U盤中，然後開啟數傳電臺或者通訊衛星的通信功能，完成剖面監測數據的遠程轉發；之後，水下數據採集與存儲模塊發送指令打開單向鎖定裝置，剖面儀將再次下降，開始新的數據採集周期。
權利要求
基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標，包括天線、浮標體、浮標體儀器倉、通訊收發模塊、水下剖面儀、單向鎖定開關、剖面儀傳感器、系留纜和配重塊，其特徵在於浮標體的頂部設置有天線，浮標體底部設置有下支架，下支架的底部與系留纜的一端連接，系留纜的另一端與配重塊連接，系留纜上設置有單向鎖定裝置，單向鎖定裝置與水下剖面儀的側壁固定設置，剖面儀傳感器設置在水下剖面儀內腔；浮標體儀器倉設置在浮標體內，通訊收發模塊設置在浮標體儀器倉內；浮標體儀器倉內還設置有浮標數據轉發模塊和耦合信號接收模塊，通訊收發模塊通過串口與浮標數據轉發模塊信號連接，耦合信號接收模塊通過串口與浮標數據轉發模塊信號連接；系留纜上套接有耦合信號接收線圈和耦合信號發送線圈，耦合信號接收線圈設置在下支架上並與耦合信號接收模塊信號連接；耦合信號發送線圈與剖面儀內腔中的耦合信號發送模塊信號連接，耦合信號發送模塊與水下數據採集與存儲模塊信號連接，水下數據採集與存儲模塊與剖面儀傳感器信號連接；所述的水下數據採集與存儲模塊包括核心板和底板，核心板和底板之間通過核心板總線連接；所述的底板包括數據存儲模塊、剖面儀傳感器數據接口模塊、監測數據中轉遠程傳輸接口模塊、控制量接口模塊以及調試接口模塊。數據存儲模塊包括第一高頻濾波電容C9、第二高頻濾波電容C10、第三高頻濾波電容C12、第四高頻濾波電容C13、第一低頻濾波電解電容C8、第二低頻濾波電解電容C11、第一保險絲F1、第二保險絲F2、雙排USB插頭連接器CN2；第二高頻濾波電容C10的一端和第一保險絲F1的一端接5V電源，第一保險絲F1的另一端、第一高頻濾波電容C9的一端、第一低頻濾波電解電容C8的正極與雙排USB插頭連接器CN2的1腳連接；第二高頻濾波電容C10的另一端、第一高頻濾波電容C9的另一端和第一低頻濾波電解電容C8的負極均接地；第四高頻濾波電容C13的一端和第二保險絲F2的一端接5V電源，第二保險絲F2的另一端、第三高頻濾波電容C12的一端、第二低頻濾波電解電容C11的正極與雙排USB插頭連接器CN2的5腳連接；第四高頻濾波電容C13的另一端、第三高頻濾波電容C12的另一端和第二低頻濾波電解電容C11的負極均接地；剖面儀傳感器數據接口模塊包括第一電平轉換晶片U3、第二電平轉換晶片U4、第一倍壓電解電容C20、第二倍壓電解電容C21、第三倍壓電解電容C22、第四倍壓電解電容C23、第五倍壓電解電容C24、第六倍壓電解電容C25、第七倍壓電解電容C26、第八倍壓電解電容C27、第九倍壓電解電容C28、第十倍壓電解電容C29；第一倍壓電解電容C20的正極與第一電平轉換晶片U3的1腳連接，負極與第一電平轉換晶片U3的3腳連接，第二倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U3的4腳連接，負極與第二電平轉換晶片U3的5腳連接，第三倍壓電解電容C22的負極、第四倍壓電解電容C23的正極和第一電平轉換晶片U3的16腳接5V電源，第三倍壓電解電容C22的正極與第一電平轉換晶片U3的2腳連接，第四倍壓電解電容C23的負極接地；第五倍壓電解電容C24負極與第一電平轉換晶片U3的6腳連接，正極接地；第六倍壓電解電容C25的正極與第二電平轉換晶片U4的1腳連接，負極與第一電平轉換晶片U3的3腳連接，第七倍壓電解電容C21的正極與第一電平轉換晶片U4的4腳連接，負極與第二電平轉換晶片U4的5腳連接，第八倍壓電解電容C27的負極、第九倍壓電解電容C28的正極和第二電平轉換晶片U4的16腳接5V電源，第八倍壓電解電容C27的正極與第二電平轉換晶片U4的2腳連接，第九倍壓電解電容C28的負極接地；第十倍壓電解電容C29負極與第二電平轉換晶片U4的6腳連接，正極接地；監測數據中轉遠程傳輸接口模塊包括第三電平轉換晶片U2，第十一倍壓電解電容C15、第十二倍壓電解電容C16、第十三倍壓電解電容C17、第十四倍壓電解電容C18、第十五倍壓電解電容C19；第十一倍壓電解電容C15正極與第三電平轉換晶片U2的1腳連接，負極與第三電平轉換晶片U2的3腳連接，第十二倍壓電解電容C16正極與第三電平轉換晶片U2的4腳連接，負極與第三電平轉換晶片U2的5腳連接，第十三倍壓電解電容C17負極、第十四倍壓電解電容C18正極和第三電平轉換晶片U2的16腳與5V電源連接；第十三倍壓電解電容C17極與第三電平轉換晶片U2的2腳連接，第十四倍壓電解電容C18負極接地，第十五倍壓電解電容C19負極與第三電平轉換晶片U2的6腳連接，正極接地；控制量接口模塊包括狀態指示燈供電調壓器U5、第五高頻濾波電容C3、第三低頻濾波電解電容C4、第一IO狀態指示燈DS2、第IO狀態指示燈DS3、第三IO狀態指示燈DS4、第四IO狀態指示燈DS5、第五IO狀態指示燈DS6、第六IO狀態指示燈DS7、第七IO狀態指示燈DS8、第八IO狀態指示燈DS8、第九IO狀態指示燈DS10、第一限流電阻R7、第二限流電阻R8、第三限流電阻R9、第四限流電阻R10、第五限流電阻R11、第六限流電阻R12、第七限流電阻R13、第八限流電阻R14、第九限流電阻R15；第五高頻濾波電容C3一端、第三低頻濾波電解電容C4正極與狀態指示燈供電調壓U5的輸出端連接；第五高頻濾波電容C3另一端、第三低頻濾波電解電容C4負極、狀態指示燈供電調壓器U5的接地端接接地；狀態指示燈供電調壓器U5的輸入端接5V電源；第一限流電阻R7一端、第二限流電阻R8一端、第三限流電阻R9一端、第四限流電阻R10一端、第五限流電阻R11一端、第六限流電阻R12一端、第七限流電阻R13一端、第八限流電阻R14一端和第九限流電阻R15一端並聯後接狀態指示燈供電調壓器U5的輸出端；第一限流電阻R7另一端接第一IO狀態指示燈DS2的正極，第二限流電阻R8另一端接第二IO狀態指示燈DS3的正極，第三限流電阻R9另一端接第三IO狀態指示燈DS4的正極，第四限流電阻R10另一端接第四IO狀態指示燈DS5的正極，第五限流電阻R11另一端接第五IO狀態指示燈DS6的正極，第六限流電阻R12另一端接第六IO狀態指示燈DS7的正極，第七限流電阻R13另一端接第七IO狀態指示燈DS8的正極，第八限流電阻R14另一端接第八IO狀態指示燈DS9的正極，第九限流電阻R15另一端接第九IO狀態指示燈DS10的正極；調試接口模塊包括網絡隔離變壓器U1、RJ45網絡接頭CN1、第一匹配電阻R1、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第六高頻濾波電容C5、耐壓電容C6和隔離電容C7；第一匹配電阻R1的一端、第二匹配電阻R2的一端、第三匹配電阻R3的一端和第四匹配電阻R4的一端與耐壓電容C6一端連接，耐壓電容C6另一端與隔離電容C7一端連接後接大地，隔離電容C7另一端接地，第一匹配電阻R1的另一端與網絡隔離變壓器U1的10腳連接，第二匹配電阻R2的另一端與網絡隔離變壓器U1的15腳連接，第三匹配電阻R3的另一端與RJ45網絡接頭CN1的4腳和5腳連接，第四匹配電阻R4的另一端與RJ45網絡接頭CN1的7腳和8腳連接，網絡隔離變壓器U1的16腳與RJ45網絡接頭CN1的1腳連接，網絡隔離變壓器U1的14腳與RJ45網絡接頭CN1的2腳連接，網絡隔離變壓器U1的11腳與RJ45網絡接頭CN1的3腳連接，網絡隔離變壓器U1的9腳與RJ45網絡接頭CN1的6腳連接，高頻濾波電容C5的一端接網絡隔離變壓器U1的7腳，另一端接地；所述的耦合信號發送模塊由數據接口、調製電路、功放電路構成；數據接口通過串口與水下數據採集與存儲模塊信號連接，調製電路一端與數據接口信號連接，另一端與功放電路一端信號連接，功放電路一端與調製電路信號連接，另一端與耦合信號發送線圈連接；所述的耦合信號接收模塊由放大電路、前端濾波電路、檢波電路、後端濾波電路、數位訊號還原電路和數據接口構成；其中，放大電路一端連接耦合信號接收線圈，另一端與前端濾波電路一端信號連接，前端濾波電路另一端與檢波電路一端信號連接，檢波電路另一端與後端濾波電路一端信號連接，後端濾波電路與數位訊號還原電路一端信號連接，數位訊號還原電路另一端連接數據接口；所述的調製電路包括時基電路LM555，第一充放電電容C1、第二充放電電容C2，可調電阻R5、頻率設置電阻R6、二極體D1和運算放大器LM318N；第一充放電電容C1的一端和時基電路LM555的1腳接地，第一充放電電容C1的另一端與時基電路LM555的5腳連接，二極體D1的陰極、時基電路LM555的6腳、時基電路LM555的2腳、頻率設置電阻R6的一端與第二充放電電容C2的一端連接，第二充放電電容C2的另一端接地，頻率設置電阻R6的另一端、二極體D1的陽極和時基電路LM555的7腳與可調電阻R5一端連接，可調電阻R5另一端和時基電路LM555的8腳接5V電源，可調電阻R5的可調端與時基電路LM555的7腳連接；時基電路LM555的3腳與運算放大器LM318N的同相輸入端連接，運算放大器LM318N的反相輸入端與運算放大器LM318N的輸出端連接；所述的前端濾波電路6-2包括第一截止頻率設置電容C6、第二截止頻率設置電容C7，第一截止頻率設置電阻R10、第二截止頻率設置電阻R11、第一負反饋電阻R12、第二負反饋電阻R13和運算放大器OP07CN；第二截止頻率設置電阻R11一端、第一截止頻率設置電容C6一端與第一截止頻率設置電阻R10的一端連接，第二截止頻率設置電阻R11另一端、第二截止頻率設置電容C7一端與運算放大器OP07CN的同相輸入端連接，第二截止頻率設置電容C7另一端接地，第一截止頻率設置電容C6另一端、第二負反饋電阻R13一端與運算放大器OP07CN的輸出端連接，第二負反饋電阻R13另一端、第一負反饋電阻R12一端與運算放大器OP07CN的反相輸入端連接，第一負反饋電阻R12另一端接地；所述的檢波電路包括整流二極體D4，第三充放電電容C8，充放電電阻R14，運算放大器LF351AN；整流二極體D4一端、第三充放電電容C8一端、充放電電阻R14一端與運算放大器LF351AN的同相輸入端連接，第三充放電電容C8另一端和充放電電阻R14另一端接地，運算放大器LF351AN的反相輸入端與運算放大器LF351AN的輸出端連接；所述的數位訊號還原電路包括濾波電解電容C12、第一偏置電阻R22、第二偏置電阻R23、第一上限電壓分壓電阻R19、第二上限電壓分壓電阻R20、第一下限電壓分壓電阻R24、第二下限電壓分壓電阻R25、第一上拉電阻R21、第二上拉電阻R26、電壓比較器LM339AN和集成與非門SN74LS00N；第一偏置電阻R22一端、第二偏置電阻R23一端、電壓比較器LM339AN的5腳和電壓比較器LM339AN的7腳與濾波電容C12的負端連接，電壓比較器LM339AN的4腳、第一上限電壓分壓電阻R19的一端與第二上限電壓分壓電阻R20的一端連接，第二上限電壓分壓電阻R20的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第一上拉電阻R21一端接+5V，電壓比較器LM339AN的2腳、第一上拉電阻R21另一端、集成與非門SN74LS00N的2腳與集成與非門SN74LS00N的1腳連接，第一上限電壓分壓電阻R19的另一端接地；電壓比較器LM339AN的6腳、第一下限電壓分壓電阻R24的一端與第二下限電壓分壓電阻R25的一端連接，第二下限電壓分壓電阻R25的另一端、電壓比較器LM339AN的3腳和第二上拉電阻R26一端接+5V，第二上拉電阻R26另一端、電壓比較器LM339AN的1腳與集成與非門SN74LS00N的12腳連接，第一下限電壓分壓電阻R24的另一端接地，集成與非門SN74LS00N的5腳與11腳連接，集成與非門SN74LS00N的6腳與13腳連接。
全文摘要
本發明涉及基於感應耦合的錨泊自升降剖面監測浮標。現有監測浮標通訊存在各種不足。本發明浮標體的頂部設置有天線，底部通過下支架和系留纜與配重塊連接。浮標體儀器倉設置在浮標體內，浮標體儀器倉內設置有通訊收發模塊、浮標數據轉發模塊和耦合信號接收模塊，通訊收發模塊與浮標數據轉發模塊信號連接，耦合信號接收模塊與浮標數據轉發模塊信號連接。系留纜上套接有耦合信號接收線圈和耦合信號發送線圈，耦合信號發送線圈與耦合信號發送模塊信號連接，耦合信號發送模塊與水下數據採集與存儲模塊信號連接，水下數據採集與存儲模塊與剖面儀傳感器信號連接。本發明可以在較大的空間角度範圍內實現近距離非接觸式無線傳輸，並且成本低、功耗小。
文檔編號B63B22/00GK101738179SQ20091015412
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月5日 優先權日2009年11月5日
發明者於海濱, 劉敬彪, 孔慶鵬, 翁傑, 蔡文鬱, 顧梅園 申請人:杭州電子科技大學