近海海洋信息实时采集传输系统设计与实现
发布时间：2021-08-19 10:30
近海海洋环境是最易受污染的区域,实时对海洋信息进行监测对近海养殖业、渔业有重要的作用。传统信息采集方法效率低下、传输距离近、能耗高、数据采集不准确,针对上述问题,设计了一种实时海洋信息采集传输系统,采集终端能够自动采集近海海洋环境的温度、溶解氧、pH值并通过无线网络将信息传给岸基协调器,岸基协调器可通过提出的二次卡尔曼滤波方法对信息进行滤波处理并由4G网络将信息上传至云平台。实验结果表明:系统能够对近海海洋环境进行信息实时采集,采集数据误差小,具有较高的一致性,功耗低,用户可随时随地查看信息。
【文章来源】：海洋科学. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统整体结构图
88海洋科学/2020年/第44卷/第11期图1系统整体结构图Fig.1Overallstructureofthesystem图2岸基协调器系统结构图Fig.2Structureofshorebasedcoordinatorsystem时钟模块和电源模块等部分组成。STM32控制器为整个岸基协调器的控制芯片,4G模块负责信息远程通信;433M模块实现多节点和433M网关之间的有机结合,实现端到云的一步传输;显示模块采用液晶触摸屏来显示相关数据信息和采集触摸按键信息,实现客户端的人机交互功能,时钟模块和电源模块分别提供时钟频率和电源。控制器选择ARM微控制器STM32F103VGT6,该处理器是一种32位处理器,具有1024kB的程序存储器、96kB的数据存储器,自带模拟/数字转换器(ADC),功能强大,能够满足本次设计需要。4G模块采用USR-G780V2,支持5模13频移动、联通、电信4G高速接入。USR-G780V2软件功能完善、使用方便,通过简单的设置即可实现串口到网络的双向数据透明传输。该模块具有高速率、低延时、极速响应快速透传的特点,并且支持TCPClient,TCPServer和UDPClient,UDPServer,支持串口AT指令。433M模块选用SX1278,和采集数据终端模块的SX1278进行组网,一步到位实现端到云的无线数据传输。显示模块选用翼盟4.3寸电容触摸液晶屏LCD模块,该模块屏幕分辨率为800×480,16位真彩显示,采用NT35510驱动,自带GRAM,无需外加驱动器,方便单片机的驱动。模块采用电容触摸屏,支持5点同时触摸,操控效果非常好,本次设计中,4G模块、433M模块通信串口分别连接于控制器的第一、第二串口。2.2终端采集器设计信息采集终端设计重点为低功耗设计及各种传感器校准设计。本次设计中MCU选择为低功耗STM8S105K4T6芯片,供电电路如图3所示。S1是贴片开关,C3为滤波电容,C4为退耦电容,TPS78230的5?
?33M模块选用SX1278,和采集数据终端模块的SX1278进行组网,一步到位实现端到云的无线数据传输。显示模块选用翼盟4.3寸电容触摸液晶屏LCD模块,该模块屏幕分辨率为800×480,16位真彩显示,采用NT35510驱动,自带GRAM,无需外加驱动器,方便单片机的驱动。模块采用电容触摸屏,支持5点同时触摸,操控效果非常好,本次设计中,4G模块、433M模块通信串口分别连接于控制器的第一、第二串口。2.2终端采集器设计信息采集终端设计重点为低功耗设计及各种传感器校准设计。本次设计中MCU选择为低功耗STM8S105K4T6芯片,供电电路如图3所示。S1是贴片开关,C3为滤波电容,C4为退耦电容,TPS78230的5号引脚是稳压后3.0V输出引脚,3号脚为使能引脚,与单片机的PC6引脚相连,高电平使能打开,低电平使能关闭,关闭时切断除MCU外的所有电源,即只有MCU供电且为休眠状态。从而实现低功耗设计。在本设计中,将MCU的AD转换基准电压设定为2.5V,2.5V数字电源由电源管理电路输出的3V电源通过TL431稳压输出(采用TL431直接输出2.5V电路)。数字2.5V通过10UH的电感转换为2.5V的模拟电源,数字地与模拟地通过0欧电阻相连,降低相互干扰。图3供电电路图Fig.3Powersupplycircuitdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于ZigBee的海洋环境监控系统设计与实现[J]. 李颖,杨光松,郭文静,康双全. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(09)
[2]海洋环境污染信息智能图像监测技术研究[J]. 温玉波. 现代电子技术. 2018(06)
[3]量子无线通信技术在海洋环境监测中的应用[J]. 李浩,任宇辉,刘凤娇. 海洋科学. 2018(02)
[4]海洋环境监测数据自动分析系统的设计与实现[J]. 谢先伟,毛红. 舰船科学技术. 2016(12)
[5]海洋环境数据智能化监控的现状与关键技术[J]. 靳熙芳,王硕. 海洋预报. 2009(02)
硕士论文
[1]基于433MHz无线自组传感器网络系统的研究与设计[D]. 王荣.天津理工大学 2018
本文编号：3351241
【文章来源】：海洋科学. 2020,44(11)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
系统整体结构图
88海洋科学/2020年/第44卷/第11期图1系统整体结构图Fig.1Overallstructureofthesystem图2岸基协调器系统结构图Fig.2Structureofshorebasedcoordinatorsystem时钟模块和电源模块等部分组成。STM32控制器为整个岸基协调器的控制芯片,4G模块负责信息远程通信;433M模块实现多节点和433M网关之间的有机结合,实现端到云的一步传输;显示模块采用液晶触摸屏来显示相关数据信息和采集触摸按键信息,实现客户端的人机交互功能,时钟模块和电源模块分别提供时钟频率和电源。控制器选择ARM微控制器STM32F103VGT6,该处理器是一种32位处理器,具有1024kB的程序存储器、96kB的数据存储器,自带模拟/数字转换器(ADC),功能强大,能够满足本次设计需要。4G模块采用USR-G780V2,支持5模13频移动、联通、电信4G高速接入。USR-G780V2软件功能完善、使用方便,通过简单的设置即可实现串口到网络的双向数据透明传输。该模块具有高速率、低延时、极速响应快速透传的特点,并且支持TCPClient,TCPServer和UDPClient,UDPServer,支持串口AT指令。433M模块选用SX1278,和采集数据终端模块的SX1278进行组网,一步到位实现端到云的无线数据传输。显示模块选用翼盟4.3寸电容触摸液晶屏LCD模块,该模块屏幕分辨率为800×480,16位真彩显示,采用NT35510驱动,自带GRAM,无需外加驱动器,方便单片机的驱动。模块采用电容触摸屏,支持5点同时触摸,操控效果非常好,本次设计中,4G模块、433M模块通信串口分别连接于控制器的第一、第二串口。2.2终端采集器设计信息采集终端设计重点为低功耗设计及各种传感器校准设计。本次设计中MCU选择为低功耗STM8S105K4T6芯片,供电电路如图3所示。S1是贴片开关,C3为滤波电容,C4为退耦电容,TPS78230的5?
?33M模块选用SX1278,和采集数据终端模块的SX1278进行组网,一步到位实现端到云的无线数据传输。显示模块选用翼盟4.3寸电容触摸液晶屏LCD模块,该模块屏幕分辨率为800×480,16位真彩显示,采用NT35510驱动,自带GRAM,无需外加驱动器,方便单片机的驱动。模块采用电容触摸屏,支持5点同时触摸,操控效果非常好,本次设计中,4G模块、433M模块通信串口分别连接于控制器的第一、第二串口。2.2终端采集器设计信息采集终端设计重点为低功耗设计及各种传感器校准设计。本次设计中MCU选择为低功耗STM8S105K4T6芯片,供电电路如图3所示。S1是贴片开关,C3为滤波电容,C4为退耦电容,TPS78230的5号引脚是稳压后3.0V输出引脚,3号脚为使能引脚,与单片机的PC6引脚相连,高电平使能打开,低电平使能关闭,关闭时切断除MCU外的所有电源,即只有MCU供电且为休眠状态。从而实现低功耗设计。在本设计中,将MCU的AD转换基准电压设定为2.5V,2.5V数字电源由电源管理电路输出的3V电源通过TL431稳压输出(采用TL431直接输出2.5V电路)。数字2.5V通过10UH的电感转换为2.5V的模拟电源,数字地与模拟地通过0欧电阻相连,降低相互干扰。图3供电电路图Fig.3Powersupplycircuitdiagram
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于ZigBee的海洋环境监控系统设计与实现[J]. 李颖,杨光松,郭文静,康双全. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(09)
[2]海洋环境污染信息智能图像监测技术研究[J]. 温玉波. 现代电子技术. 2018(06)
[3]量子无线通信技术在海洋环境监测中的应用[J]. 李浩,任宇辉,刘凤娇. 海洋科学. 2018(02)
[4]海洋环境监测数据自动分析系统的设计与实现[J]. 谢先伟,毛红. 舰船科学技术. 2016(12)
[5]海洋环境数据智能化监控的现状与关键技术[J]. 靳熙芳,王硕. 海洋预报. 2009(02)
硕士论文
[1]基于433MHz无线自组传感器网络系统的研究与设计[D]. 王荣.天津理工大学 2018
本文编号：3351241
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