[发明专利]一种船载多元海洋信息采集系统

摘要

本发明公开了一种船载多元海洋信息采集系统，包括软件部分和硬件部分两大部分，硬件部分包括FPGA雷达采集模块、渔探声呐采集模块、AIS采集模块、系统存储模块、显示终端、外部信息采集模块、卫通、GPRS无线模块和导航雷达、单(多波束)渔探仪、视频监控、AIS、风向风速仪、温湿度仪、大气压力传感器、温盐度剖面仪、声速剖面仪、DGPS、姿态传感器；有益效果是能够提高渔船海上作业、航行安全和渔业监管的能力和效率，极大节约海洋环境采集、地形地貌调查和海洋监测的必要人力，既能满足海事测控的实际工程需求，填补技术空白，又可产生较大的社会效益与经济效益。

主权项

1.一种船载多元海洋信息采集系统，包括软件部分和硬件部分两大部分；硬件部分包括FPGA雷达采集模块、渔探声呐采集模块、AIS采集模块、系统存储模块、显示终端、外部信息采集模块、卫通、GPRS无线模块和导航雷达、单(多波束)渔探仪、视频监控、AIS、风向风速仪、温湿度仪、大气压力传感器、温盐度剖面仪、声速剖面仪、DGPS、姿态传感器；软件部分包括LINUX软件数据处理模块，LINUX软件数据处理模块包括采集控制、地址分配、海图叠加、定位显示、航迹处理和转向避碰功能；ARM处理器作为核心主控制器，FPGA作为协处理器；ARM通过外部数据总线、地址线、中断信号控制连接FPGA板；ARM扩展外围接口连网络交换机，网络交换机与外部信息采集模块、无线通信模块和摄像头等总线相连接，通过串口与AIS、罗经相连，通过LCD专用接口与LCD显示器相连；ARM、FPGA、外部信息采集模块和网络交换机都与电源模块电性连接；ARM处理器外围电路扩展串口、网口和USB接口，ARM经RS422串口连接罗经、GPS；经网络交换机连接外部信息采集模块、GPRS模块和卫星通信模块；FPGA通过RS422串口与导航雷达、渔探仪声呐相连，导航雷达、渔探仪的信号经调理电路进入FPGA扩展接入的AD模数转换器，并将转换的数据按照顺序存储到双口RAM中，当转换数据存储满后中断ARM处理器，并通过数据总线传输至ARM处理器；FPGA逻辑程序控制数据总线、地址总线实现IP初始化配置、数据读写及ARM通信；ARM通过UDP协议实现FPGA通信；ARM处理器CPU将FPGA映射成系统的存储器进行访问，根据数据指针读写FPGA的FIFO数据寄存器完成数据的读取、写入；外部信息采集模块包括扩展多串口、网口和USB口，外部信息采集模块内置单片机，单片机配置多个RS422串口与风向风速仪、温湿度仪、大气压力传感器、温盐度剖面仪、声速剖面仪和姿态传感器相连；外部信息采集模块，集成和配置多个RS232\484\422串口，可按需灵活接入和预留采集多路信号，模块的信号输入接口包含有多路，分别与采集模块的多路输入端口对应连接；利用协议转换器将RS232串行通讯口的设备成为RJ45网口联网功能的网络外设，并能通过局域网得到远程主机的支持，外部信息采集模块通过串口协议转换与网络路由器互连；网络交换机配置6‑8个网口，网络路由器将FPGA、ARM、外部信息采集模块、摄像头相连接；外部信息采集模块的协议转换器使串行设备快速接入以太网，利用TCP/IP协议进行串口数据包的传输，负责数据的双向透明传送，实现RS232C/485/422转TCP/IP协议网关，完成对各端口的监听和数据的双向传输；远程通信模块包括卫星通信、GPRS模块；无线通信模块由RS232串口经转换网口后与ARM板相连；外部信息采集模块单片机通过RS422串口与风向风速仪相连，输出为模拟量的气象传感器进行模/数转换后，由单片机的I/O口读入风速风向仪器的输出；外部信息采集模块单片机通过RS232串口与GPS串口相连，由单片机的I/O口读入GPS的数据；ARM板通过RS232串口与罗经相连，采集船舶当前航向信息；ARM板通过网口与监控摄像头相连，基于ARM的嵌入式视频服务端通过硬件驱动、LINUX socket和多线程技术获取、传输海上环境和目标的视频监控画面；多路开关的公共端连接A/D转换器，将输入一路的模拟信号输出至A/D转换器进行模数转换处理后，输出数字信号至采集处理板；海洋环境仪器的数字信号输入：在所述串口模块中包含有多路RS‑232接口，通过串口扩展电路连接处理器的DART接口；岸上控制中心利用卫通、GPRS网络运行Socket服务器程序用于与船上ARM‑LINUX系统进行通讯、控制，网络上接收到数据帧，经协议处理模块拆封之后，提取上位机控制信息，经串口通讯实现系统开关机；ARM处理器按照一定的频率要求将FPGA、外部信息采集模块采集的信息经内部SRAM处理，由外部总线接IDE接口及HOST/Device USB接口连本地大容量存储硬盘；ARM处理器发送AT指令，经GPRS、卫通模块将实时监测信息以无线传输方式及时发送到岸站，通过无线通信模块将所采集的船舶运行状况信息发送至远程服务器。