CN104764519A - 一种潜标式水声信号采集与存储*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜标式水声信号采集与存储***，包括水声换能器(1)、水下电子舱(2)、水声信号采集与存储电路(3)、电源(4)，所述水声换能器(1)与水下电子舱(2)相连，所述水声信号采集与存储电路(3)和电源(4)设置在水下电子舱(2)内部，所述水声换能器(1)输出信号给水声信号采集与存储电路(3)，水声信号采集与存储电路(3)与PC机相连，所述电源(4)对水声换能器(1)、水声信号采集与存储电路(3)进行供电。本发明具有操作简单、性能可靠、存储数据量大的优点。

Description

一种潜标式水声信号采集与存储***

技术领域

本发明属于水声信号处理及水声测控领域，具体涉及一种用于水声信号采集与存储的水声***。

背景技术

目前，可靠水声信号的实时采集和大容量水声数据的存储一直是水声领域的重点，国内现有的水声信号采集与存储***，由于受***复杂性、水声信号处理手段等因素的制约，其测量易受海面气象条件影响，信号在电缆传输过程中易受到外界干扰，此外还普遍存在着功能单一、操作不方便等问题。

上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种潜标式水声信号采集与存储***，其操作简单、性能可靠、存储数据量大。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种潜标式水声信号采集与存储***，包括水声换能器、水下电子舱、水声信号采集与存储电路、电源，所述水声换能器与水下电子舱相连，所述水声信号采集与存储电路和电源设置在水下电子舱内部，所述水声换能器输出信号给水声信号采集与存储电路，水声信号采集与存储电路与PC机相连，所述电源对水声换能器、水声信号采集与存储电路进行供电。

其中，所述水下电子舱为圆筒形，其顶端设置有舱盖，其底端与所述水声换能器连接。

其中，所述水声信号采集与存储电路包括信号调理模块、A/D转换模块、ARM控制处理模块、数据存储模块，所述信号调理模块的输入端连接水声换能器的输出端，信号调理模块的输出端连接A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接ARM控制处理模块，ARM控制处理器连接数据存储模块。

其中，所述水声信号采集与存储电路包括RS串行通信模块，所述ARM控制处理模块通过RS串行通信模块与PC机进行通信。 

其中，所述水声信号采集与存储电路包括用于显示工作状态的状态指示模块。

其中，所述水声信号采集与存储电路连接有用于设定数据采集方式的采集方式按键模块。

由于采用了上述的结构，本发明具有如下的有益效果：***功耗低，可长时间在海上工作；***采用潜标式结构，系泊于海面以下，测量不易受海面气象条件影响；***数据处理工作位于水声换能器前端，避免了信号在电缆传输过程中受到外界干扰；可以根据工作环境灵活设置相关的采集参数，从而使***采集的数据在分析与处理过程中的实用性和有效性得到保证；***通过RS422串行通信模块与PC机相连，根据通信报文进行***状态检测和参数设置，并将信息回传给PC机；可将采集的数据和GPS时间、采集***位置信息捆绑在一起，通过ARM控制存入存储模块。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是潜标式水声信号采集与存储***的结构示意图。

图2是水声信号采集与存储电路的结构框图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供的一种潜标式水声信号采集与存储***，包括水声换能器1、水下电子舱2、水声信号采集与存储电路3、电源4。所述水下电子舱2整体为圆筒形，两端开口，其顶端设置有舱盖5，其底端与所述水声换能器1连接。具体的，水下电子舱2两端开口处均有30度倒角，倒角处用来放置水密橡胶圈，水下电子舱2顶端的电子舱盖5在工作状态时用于密 封，非工作状态期间可打开舱盖5放置或取出舱内电子设备。水下电子舱2内部放置有水声信号采集与存储电路3和电源4，水下电子舱2底端大小尺寸与水声换能器1匹配，水声换能器1上部分套入水下电子舱2底端，在两者连接处采用两级水密橡胶圈密封，水声换能器1通过专用螺丝固定在水下电子舱2底端，水声换能1器外部有保护罩，保护罩通过6根保护螺杆连接在水下电子舱2底端，保护罩可安装吊钩架，***工作时在吊钩架上系挂沉块，以保证水下电子舱和水声换能器的水下姿态良好。

所述水声换能器1输出信号给水声信号采集与存储电路3，水声信号采集与存储电路3与PC机相连，所述电源4对水声换能器1、水声信号采集与存储电路3进行供电。

如图2所示，所述水声信号采集与存储电路3包括信号调理模块31、A/D转换模块32、ARM控制处理模块33、数据存储模块34，RS422串行通信模块35、状态指示模块36、采集方式按键模块37。所述信号调理模块31的输入端连接水声换能器1的输出端，信号调理模块31的输出端连接A/D转换模块32的输入端，A/D转换模块32的输出端连接ARM控制处理模块33，ARM控制处理器33连接数据存储模块34。

信号调理模块31包括信号增益放大电路、射级跟随电路、低通滤波电路及单端转差分电路，接收水声信号时，水声换能器将接收的水声信号经过隔直电容进入信号增益放大电路，信号增益放大电路为正反馈增益放大电路，采用单电源供电，为提高电路输入阻抗，输入端增加了负反馈电路，放大后的信号经射级跟随电路后进入低通滤波电路，低通滤波器采用具有低功耗、可程控的芯片，滤波器的截止频率和增益放大通过ARM控制处理模块控制。放大滤波后的信号进入单端转差分电路，信号由单端信号转换为差分信号。

A/D转换模块32采用的A/D转换芯片具有高精度分辨率、无失码、吞吐速率高、低功耗等特点，内部带有取样保持电路，芯片信号输入端为差分信号，采样时钟由ARM控制处理模块提供，输入的模拟信号由A/D转换成数字信号后通过SPI兼容串行接口送至ARM控制处理模块33。

ARM控制处理模块33是整个电路的核心，主要完成信号调理参数设置、模数转换控制、数据存储控制及数据通信控制等功能。ARM控制处理模块33 由核心器件ARM芯片及***电路组成，ARM芯片采用32位高性能微控制器，具有功耗低、数字处理能力强和丰富片内外设的特点。在本发明中，ARM主要负责设置滤波器的滤波带宽及增益、A/D转换器的采样速率、对模拟电压的开关控制、采样数据的格式转换及存储、***状态显示和与PC机的报文通信。ARM***需要外部晶振来提供时钟源，晶振频率为8MHz。外接JTAG调试电路，用来ARM芯片软件设计的调试和程序下载，信号调理电路的滤波器和***状态设定电路与ARM的通用接口相连，相关参数和***状态设定通过软件进行操作。ARM与TF数据卡采用SPI模式相连，TF数据卡的读写协议在ARM软件程序中实现。ARM通过异步串行接口与PC机相连，使用多缓冲器配置的DMA方式来实现数据通信。

ARM控制处理模块33为***设置包括时间戳、GPS经纬度、数据采集方式、低通滤波器的截止频率、滤波增益及A/D转换器的采样频率等参数，控制水声信号采集与存储电路模拟电压开关，完成采集数据的格式转换，采用SPI传输方式将采集数据发送给TF数据卡，读取***状态参数并通过LED状态指示灯进行状态显示。

ARM控制处理模块33中嵌有具有如下特征的软件：在上电复位后，首先对片内外设进行初始化，包括时钟信号发生器、DMA控制器、串口通信、滤波器控制IO口、使用键盘扫描的定时器、TF数据卡等。所有初始化工作完成后，ARM控制器软件开始不断查询是否收到PC机或采集按键的控制命令，接收到控制命令则执行相应的数据采集，执行完继续查询是否接收到新的控制命令。

所述数据存储模块34为TF数据卡，TF数据卡是体积较小、容量大的快闪存储器卡，采用SD数据卡架构设计，数据的读写满足SD卡协议要求。TF数据卡中存储数据按照文件链表和数据块的方式进行存储。文件链表存储采集数据的描述信息，包括采集开始和停止时间、起始和结束位置、数据存储的起始扇区和结束扇区等信息，数据块存储采集的原始数据。

所述ARM控制处理模块33通过RS422串行通信模块35与PC机进行通信。与PC机的通信RS422串行通信模块用来实现***与PC机的通信功能，***与PC机以报文方式实现通信，RS422总线支持GPS和PC/WLM报文，GPS报文以GPS15L的输出报文为标准，PC/WLM报文为自定义报文，报文名 称包括设置采集参数、***对时、数据采集和执行任务等内容，可实现数据采集的启动或停止、读取任务启动或停止，读取***状态等功能。

所述状态指示模块36包括用于显示工作状态，状态指示模块36包括5个LED状态指示灯，用来指示***的工作状态。指示灯分为RS422串口指示灯、任务采集指示灯、TF数据卡状态指示灯、电源指示灯和采集方式按键指示灯，每个LED指示灯分别有常亮、常灭和闪烁三种状态。

所述采集方式按键模块37用于设定数据采集方式，数据采集方式分为手动采集和任务采集。手动采集方式为***上电后通过按键或PC机软件开始采集和停止采集，此时采集参数按照默认参数执行；任务采集方式为***上电后通过按键或PC机软件开始任务和停止任务，***按照任务指示的时间段、参数设置完成采集过程，可设置多个任务采集，每个任务采集可由采集方式按键停止，停止后的任务将被中止，不再执行。当手动采集时，任务采集不可中断采集过程，过时间段的任务被跳过不再执行。无论是手动采集还是任务采集，采集进行时拒绝对任务链表和参数表进行设置。

水声信号采集与存储电路3工作时，前端信号调理模块31负责接收水声换能器1传来的电压信号，经过程控放大、射级跟随、滤波和单端转差分后，将信号转变为适合A/D转换的信号并发送给A/D转换模块32进行模数转换。ARM完成初始化后在TF卡数据存储模块34中建立FAT文件***，对A/D转换的数据进行缓冲和格式转换，使得数据读写满足TF卡的协议要求，数据采集完成后可读取TF数据卡中的数据进行分析与处理。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：包括水声换能器(1)、水下电子舱(2)、水声信号采集与存储电路(3)、电源(4)，所述水声换能器(1)与水下电子舱(2)相连，所述水声信号采集与存储电路(3)和电源(4)设置在水下电子舱(2)内部，所述水声换能器(1)输出信号给水声信号采集与存储电路(3)，水声信号采集与存储电路(3)与PC机相连，所述电源(4)对水声换能器(1)、水声信号采集与存储电路(3)进行供电。

2.根据权利要求1所述的潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：所述水下电子舱(2)为圆筒形，其顶端设置有舱盖(5)，其底端与所述水声换能器(1)连接。

3.根据权利要求1或2所述的潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：所述水声信号采集与存储电路(3)包括信号调理模块(31)、A/D转换模块(32)、ARM控制处理模块(33)、数据存储模块(34)，所述信号调理模块(31)的输入端连接水声换能器(1)的输出端，信号调理模块(31)的输出端连接A/D转换模块(32)的输入端，A/D转换模块(32)的输出端连接ARM控制处理模块(33)，ARM控制处理器(33)连接数据存储模块(34)。

4.根据权利要求3所述的潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：所述水声信号采集与存储电路(3)包括RS422串行通信模块(35)，所述ARM控制处理模块(33)通过RS422串行通信模块(35)与PC机进行通信。

5.根据权利要求3所述的潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：所述水声信号采集与存储电路(3)包括用于显示工作状态的状态指示模块(36)。

6.根据权利要求3所述的潜标式水声信号采集与存储***，其特征在于：所述水声信号采集与存储电路(3)连接有用于设定数据采集方式的采集方式按键模块(37)。