一种水质监测浮标的低功耗控制系统

技术领域

本发明涉及海洋仪器技术领域，尤其是指一种水质监测浮标的低功耗控制系统。

背景技术

水质监测漂流浮标能够长期、隐蔽地在海上工作，它用于搜集水中运动目标和各种海况下的环境噪声信息，并将处理后的数据通过卫星发至地面接收站，具有重要的利用价值。

现有的技术，关注浮标低功耗电源管理电路，其中的负载供电切换电路设计可靠性不足。一般采用统一在DC-DC与负载供电之间进行开关切换，或者统一在电源芯片组之前进行开关切换。

采用统一在DC-DC与负载供电之间进行开关切换的方案，在应用过程中DC-DC都始终在线实时供电，在无数据采集传输过程中DC-DC的静态能耗也是一种能源损失。而采用统一在电源芯片组之前切换的开关方案，在应用过程中难以避免后端会存在较其它切换开关方案较大的负载等效电容，每次启动过程中，尤其是容性负载偏大的时候，容易拉低前端供电电压，在极端情况会引起整个系统复位重启，甚至会造成数据的误码丢失等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水质监测浮标的低功耗控制系统，其能够根据不同容性负载的水质检测仪器选择不同的供电切换方案，以可靠性优先，同时考虑低功耗的实现；能够满足较大容性负载水质检测仪器的切换对系统供电电压波动影响尽量减小，保障数据的可靠传输，系统能够可靠运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水质监测浮标的低功耗控制系统，包括供电电源和负载电源开关切换模块；

所述负载电源开关切换模块包括第一负载供电开关和第二负载供电开关，所述供电电源包括第一电源和第二电源；所述第一负载供电开关的输入端与所述第一电源的输出端连接，所述第一负载供电开关的输出端连接第一水质检测仪，以在对所述第一水质检测仪供电的瞬间减小浪涌电流；所述第二负载供电开关的输出端与所述第二电源的输入端连接，所述第二电源的输入端连接第二水质检测仪，以在第二负载供电开关断电后减少第二电源的持续供电能耗；所述第一水质检测仪的容性负载大于所述第二水质检测仪的容性负载。

作为优选的，所述第一负载供电开关和第二负载供电开关均包括用作供电干线的PMOS器件和用于传递控制信号的NMOS器件；所述NMOS器件的输出端与所述PMOS器件的输入端连接。

作为优选的，还包括主控模块和通信模块；所述负载电源开关切换模块与所述主控模块连接，所述主控模块与所述通信模块连接以构成系统的通信控制架构。

作为优选的，所述通信模块包括RS232通信单元和RS485通信单元，所述RS232通信单元和RS485通信单元上均连接有用于检测水质的第三水质检测仪和第四水质检测仪。

作为优选的，所述第三水质检测仪的功耗小于第四水质检测仪的功耗。

作为优选的，还包括GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块、GPS+BDS双定位模块和BLE蓝牙模块；所述GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块、GPS+BDS双定位模块和BLE蓝牙模块均与主控模块连接以将主控模块收取的数据上报至岸机平台。

作为优选的，所述第一电源为12V电源或24V电源；所述第二电源为12V电源或24V电源。

作为优选的，所述主控模块包括芯片STM32L475。

作为优选的，所述RS232通信单元包括通信接口芯片MAX3222E。

作为优选的，所述RS232通信单元包括通信接口芯片MAX3222E。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明负载电源开关切换模块设计可靠，针对不同容性负载的水质检测仪，负载供电开关与电源之间的连接顺序不同。能够根据水质检测仪负载容性的大小来选择合适的供电方式，从而确保系统数据通信可靠性。

本发明能够实现在对容性负载较大的第一水质检测仪供电瞬间减小浪涌电流，在容性负载较小的第二负载供电开关断电后能够减少第二电源的持续供电能耗，在保证系统可靠运行的同时能够降低系统的功耗。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明第一负载供电开关和第二负载供电开关的结构示意图；

图3为本发明第一负载供电开关和第二负载供电开关的符号表示示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1～图3所示，本发明公开了一种水质监测浮标的低功耗系统，包括：

主控模块、通信模块、供电电源和负载电源开关切换模块。

其中，上述负载电源开关切换模块与主控模块连接，上述主控模块与通信模块连接构成了系统的通信控制架构。

优选的，上述主控模块包括低功耗MCU芯片STM32L475，上述RS232通信单元包括低功耗的通信接口芯片MAX3222E，上述RS485通信单元包括低功耗的通信接口芯片MAX3471。在上述芯片STM32L475中设有关断模式、停止模式、睡眠模式、24MHz运行模式和80MHz运行模式等，使用内部晶振可使得从停止模式到48MHz运行模式的唤醒时间小于5微秒，停止模式电流只有1.1uA，芯片的功耗较低。上述芯片MAX3222E通过控制其关断和使能引脚可在确保接收监听状态下满足仅1uA的能耗，上述芯片MAX3471在接收监听状态下仅1.6uA的能耗。系统的通信功耗较低，数据通信的可靠性较强。

上述RS232通信单元和RS485通信单元上均连接有用于检测水质的第三水质检测仪和第四水质检测仪。上述第三水质检测仪为低功耗水质检测仪，上述第四水质检测仪为非低功耗水质检测仪。上述第三水质检测仪和第四水质检测仪检测到的数据信息能够传输至主控模块进行处理。

上述水质监测浮标的低功耗系统还能够进一步包括模拟量输入模块、开关量输入模块、温湿度模块、姿态模块、存储模块等，以丰富系统功能，增加系统的运行可靠性。

具体的，上述负载电源开关切换模块包括第一负载供电开关和第二负载供电开关。上述供电电源包括第一电源和第二电源。

上述第一负载供电开关的输入端与第一电源的输出端连接，上述第一负载供电开关的输出端连接第一水质检测仪，上述第一水质检测仪为高容性负载水质检测仪。通过将上述第一负载供电开关连接于供电电源之后，第一电源及其周围容性器件处于稳定状态，在提供第一水质检测仪供电的瞬间能够减小浪涌电流。其中，上述第一负载供电开关和第一电源的数量可以根据实际情况进行选择。

优选的，上述第一电源可以为12V电源或24V电源。

进一步的，上述第二负载供电开关的输出端与第二电源的输入端连接，上述第二电源的输入端连接第二水质检测仪，上述第二水质检测仪为低容性负载水质检测仪。通过将上述第二负载供电开关连接于供电电源之前，第二负载供电开关断电后可节省第二电源的持续供电能耗，供电瞬间的浪涌相对会大一些，且有上电反应时间，故适合于低容性负载的水质检测仪使用。其中，上述第二电源和第二负载供电开关的数量可以根据实际情况进行选择。

优选的，上述第二电源可以为12V电源或24V电源。

进一步的，参照图2和图3所示，上述第一负载供电开关和第二负载供电开关采取双MOS设计，上述第一负载供电开关和第二负载供电开关均包括PMOS器件和NMOS器件。上述PMOS器件能够作为供电干线器件，上述NMOS器件能够传递控制信号。上述NMOS器件的输出端与PMOS器件的输入端连接。上述PMOS器件的输入端与供电电源连接，上述NMOS器件的输入端与主控模块连接，用于传递主动模块发出的控制信号。

本技术方案能够针对不同的供电电压以及不同容性负载的水质检测仪，灵活选取第一负载供电开关或第二负载供电开关。

上述水质监测浮标的低功耗系统还包括GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块、GPS+BDS双定位模块和BLE蓝牙模块。上述GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块、GPS+BDS双定位模块和BLE蓝牙模块均与主控模块连接以实现将主控模块收取的数据上报至岸机平台系统。

工作原理：将水质监测浮标的低功耗控制系统中的供电电源、负载电源开关切换模块、主控模块和通信模块导。水质检测仪采集数据，然后轮询关闭已完成采集任务的水质检测仪，水质检测仪采集到的上述数据处理后通过GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块与岸机平台系统无线通信数据，任务完成后断开负载电源开关切换模块，水质监测浮标的低功耗控制系统进入休眠状态。

在水质监测浮标的低功耗控制系统处于休眠状态时，若自检测或数据信息异常情况需及时上传，则导通负载电源开关切换模块以对水质检测仪持续供电，期间主控模块能侦听接收数据，一旦监听到数据，则通过GPRS/NB-IoT/Lora/FSK模块将主控模块收取的数据上报至岸机平台系统，以达到在线实时监测的需求。本方案针对不同的供电电压以及不同容性负载的水质检测仪，可以灵活选取第一负载供电开关或第二负载供电开关，使得系统达到在线实时监测的需求的同时能够满足低功耗的要求。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。