海洋浮标气象实时监测系统TF-8

一、简介
    沿海港区海洋气象环境实时监测（传输）系统是一个建于港口，用于监测港域海洋环境因素（如水温、潮流、流向、水位等）和气象环境因素（温湿度、风速风向、气压、雨量、能见度等），并为船舶进出港、离靠泊提供安全保障的监测服务信息网络。
    港区海洋气象环境实时监测（传输）系统***早建成于美国的一些港口和海湾，如美国的纽约港、新西泽港、西雅图港等，近年台湾和日本的一些港口亦已建有该系统。然而我国大陆港区至今尚未建立与开展此项工作。
    本海流气象实时监测系统旨在提供有效可靠的海流的流速、流向、气象的温湿度、风速风向、能见度等实时数据，为港口海域的船只航行安全等提供实时水文和气象监测数据。系统采用世界上***先进的声学多普勒法测量海流和流速剖面，***为稳定的温湿度、风速风向、能见度等气象传感器，使用GPRS无线数据传输完成实时系统监控和数据传输。可实现远程现场数据查看和数据分析。
二、海洋浮标气象环境实时监测系统设计
1、海流参数测量
海流测量采用挪威Nortek Aquadopp Profiler (600Khz)多普勒流速剖面仪相关测量参数如下：

流速测量	型号
声学频率	0.6MHz
剖面范围*	30～40m
层厚	1～4m
***小盲区	0.50m
***多分层	128
流速范围	±10m/s（可定制更大范围）
精度	测量值的1%±0.5cm/s
采样率	***快1Hz
不确定度	参见软件
备注：*阔龙水流剖面仪由用户指定层面数和层厚，***大剖面范围还由声散射信号情况决定：当水清和层厚小时，剖面范围小；水混和层宽大时，剖面范围大。
回声强度
采样	与流速一致
分辨率	0.45dB
声强范围	90db
换能器
声学频率	0.6MHz
声束数	3
声束宽度	3.0°
温度(热敏电阻)
范围	-4℃～30℃
精度/分辨率	0.1℃/0.01℃
响应时间	10分钟
罗经(磁通门带液态倾斜仪)
***大倾斜角	30°
精度/分辨率	2°/0.1°
倾斜仪(液态水平)
精度/分辨率	0.2°/0.1°
上或下	自动检测
压力(压敏电阻)
范围	0～100m(标准)
精度/分辨率	满量程的0.25%/0.005%
模拟输入
通道数	2
电源电压	硬件可支持5V或12V(可调节)
输入电压	0～5V
分辨率	16位摸数转换
串行数据通讯
I/O	RS232，RS422(提供USB转RS232转接器)
波特率	300～115200(用户指定)
内部存储
记录容量	标准9MB可扩充至33,89或161MB
数据记录	32字节+9*层面数
工作模式	当记满时自动停止记录(默认)或记满时从头刷新
软件AquaPro
操作平台	WIN平台(WIN95/98/2000/XP/win7)
功能设置	数据上传、ASCII码转换、在线数据采集、图形化显示
电源
直流输入	9～16VDC
采样率1Hz时的电源消耗	0.2～1.5W
休眠时的电源消耗	0.0013W
发射功率	0.3～20W，4档可调
内部电池*
类型/容量	18节AA碱性电池供50Wh
新电池容量	13.5VDC
电池寿命	80天(2MHz，层宽0.5m，10分钟平均)
电池寿命	50天(1MHz，层宽1.Om，10分钟平均)
*更精确的电池消耗和流速的不确定度由仪器设置决定，可从AquaPro软件中计算得出。
材质
标准	聚甲醛树脂和聚亚氨脂塑料钛合金螺丝
中等水深/深水	钛合金和聚甲醛树脂
连接头
主机上	LPMBH-8-FS(铜针，可选钛合金)
电缆上	LPMIL-8-MP
工作温度	-5℃～35℃
存放温度	-20℃～45℃
抗振颤	IEC721-3-2
浅水工作水深	300m
物理指标
重量	空气中2.4kg/2.6kg(0.6MHz)，3.7kg(0.4MHz)包括碱性电池
长度	550mm
直径	75mm
可选项
电池组	锂电池/可充锂电池
外部电池	540Wh或1200Wh电池
换能器头	侧视(1或2MHz)可订购特殊形状
通讯	可选RS422通讯附件

 
2、气象参数测量
    采用美国RM Young公司的气象测量设施，包括HMP45C温湿度、05106风速风向、SVS1能见度传感器，气压61302V（可选）和雨量50202（可选）。其主要参数如下：

测量参数	测量范围	测量精度
温度	-39.2° to +60°C	<±0.5℃
湿度	0.8 to 100% RH, 非冷凝状态	±1% RH
风向	360°	±3 度
风速	0-100 m/s (224 mph)	±0.3 m/s (0.6 mph) or 1% of reading
能见度	标准：30m - 16 km	±10% RMSE
气压（可选）	1100-600mbar	±0.35（20度）
雨量（可选）	可测量0.1mm的降水增量	±1%（≤10mm/小时） ±3%（10-20mm/小时） ±5%（20-30mm/小时）

 
3、GPRS无线通讯模块

基本参数
供电	+5~+36V
工作***大电流	360mA
待机电流	80mA
数据接口	RS232/485/422/TTL
	支持串口硬流控
工作温度	-20~+55℃
相对湿度	95%/40℃
尺寸	103X64X24cm（不包括天线）
数据传输
数据接口	波特率可设
传输协议	支持UDP，TCP
换能器头	心跳间隔及心跳超时可设
在线特性	支持永远在线
短信及唤醒	支持短信及振铃唤醒
数据压缩	Address-IMEI Mapping技术节省带宽
配置	超级终端配置
	中文菜单配置
稳定性
主CPU	32位ARM处理器
安全性	内置硬件看门狗
操作系统	嵌入式操作系统
通信协议	内置TCP/IP协议栈

4、系统集成 如图3，系统由Nortek Aquadopp Profiler (600Khz)多普勒流速剖面仪、气象参数监测设备、数据采集系统、通信系统、太阳能供电系统和浮标体等组成。
（1）气象参数：各传感器直接与CR800数据采集器连接，然后再与浮标体上的GPRS数据传输终端之间直接连接，GSM数据传输终端与采集服务器之间通过GPRS网络连接，GPRS数据传输终端与采集服务器之间的连接通过GSM网络无线连接。
（2）水文参数：声学多普勒流速剖面仪与浮标体上的GPRS数据传输终端之间直接连接，GSM数据传输终端与采集服务器之间通过GPRS网络连接，GPRS数据传输终端与采集服务器之间的连接通过GSM网络无线连接。
（3）系统软件功能：
1）通讯状态(活动式卷帘，联机讯息等…)。
2）***近一次取得的数据(表列式raw data) 。
3）***后的统计参数数据，包括流速、水温、姿态等
4）流速流向及波高波向数据的逐时变化图。
5）流速数据时间序列剖面图、水温变化、压力(水位)变化、水中仪器目前位置变化数据（heading、pitch、roll等）。 5．供电系统
（1）多普勒流速剖面仪备用电力
碱性电池装在一个电池筒内。使用期间：每隔1小时取样一次资料可持续3个月。电池筒：接碱性电池，含水下可拆接头。
（2）浮标体上的电源
太阳能供电系统是由太阳电池产生的电能经控制器贮存在蓄电池中，夜晚经控制器、逆变器为负载提供可靠的电能。
本系统采用环保无污染的太阳能供电系统，太阳能电池板为***为可靠的产品，系统配置：光伏组件、列阵接线箱、控制器、逆变器、蓄电池、系统状态监测接口
技术指标：整个光伏系统采用全自动控制，无需人工操作。系统具有防过充、过放、限流等多重保护功能，可以为负载同时提供直流和交流供电电源。
（3）预报系统数据采集系统
交流220伏，50Hz。