一种海洋气象多参数模拟仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种海洋气象多参数模拟仪，包括中央处理器和与中央处理器电连接的供电单元、人机交互单元、模拟器硬件电路及采集器硬件电路。本实用新型专利技术所公开的海洋气象多参数模拟仪，有别于传统的气象模拟仪，能够应用于海洋船舶环境，且满足海洋气象观测的所有标准，并进行了误差处理和运动补偿，实现了海陆两用和较高的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋气象多参数模拟仪
本技术涉及检测设备领域，具体的说涉及该领域内的一种用于海洋船舶环境的海洋气象多参数模拟仪。
技术介绍
国内外一些公司自主生产了用于企业内部生产的信号模拟器，但是此类信号模拟有一定的缺陷：1)传感器信号模拟和采集数据的精度低；2)没有配套的控制软件，不利于系统移植；3)没有GPS和电子罗盘模块，无法计算航速和航向，不能适用于海上环境；4)没有根据船舶的运动状态建立船舶运动模型，解算真实的风速和风向，导致风速和风向的测量误差较大，只适合在设备静止状态测算。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题，就是提供一种用于海洋船舶环境的海洋气象多参数模拟仪。为了解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种海洋气象多参数模拟仪，其改进之处在于：包括中央处理器和与中央处理器电连接的供电单元、人机交互单元、模拟器硬件电路及采集器硬件电路；其中供电单元包括与双电源切换电路电连接的锂电池和220V转12V单元，双电源切换电路为开关电源和12V转5V单元供电，12V转5V单元为5V精密电源和5V转3.3V单元供电，5V转3.3V单元为2.5V参考电源和中央处理器供电；模拟器硬件电路包括气压信号模拟电路、GPS信号模拟电路、电子罗盘信号模拟电路、风向信号模拟电路、风速信号模拟电路、温湿度信号模拟电路和雨量信号模拟电路，中央处理器通过RS232通信电路与气压信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测气压信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与GPS信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测GPS信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与电子罗盘信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测电子罗盘信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、正向放大电路和隔离运放电路与风向信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风向信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、差分放大电路和隔离运放电路与风速信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风速信号模拟电路的供电电压、通过正向放大电路与温湿度信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测温湿度信号模拟电路的供电电压、通过三极管驱动电路和继电器与雨量信号模拟电路电连接；采集器硬件电路包括气压传感器采样电路、GPS信号采样电路、电子罗盘信号采样电路、风速传感器采样电路、风向传感器采样电路、温湿度传感器采样电路和雨量传感器采样电路，中央处理器通过RS232通信电路和电源保护电路与气压传感器采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与GPS信号采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与电子罗盘信号采样电路电连接、通过滞回比较器与风速传感器采样电路电连接、通过电压跟随器与风向传感器采样电路电连接、通过电压跟随器和电源保护电路与温湿度传感器采样电路电连接、通过雨量接收模块与雨量传感器采样电路电连接。进一步的，所述的中央处理器采用STM32F407VET6芯片。进一步的，所述的人机交互单元为DGUS触摸屏。本技术的有益效果是：本技术所公开的海洋气象多参数模拟仪，有别于传统的气象模拟仪，能够应用于海洋船舶环境，且满足海洋气象观测的所有标准，并进行了误差处理和运动补偿，实现了海陆两用和较高的精度。具体的说：在硬件上：1)设计对温度、湿度、气压、雨量、GPS、电子罗盘、风速和风向传感器的高精度模拟(此部分称为“模拟器”)和采样(此部分称为“采集器”)，分别实现对气象仪和传感器的监测；2)人机交互设计，DGUS触摸屏(以下简称“DGUS屏”)的通信模块和交互界面设计；3)电源保护设计，设计了采集器电源保护电路和模拟器电源监测电路；4)风速信号模拟电路和风传感器数据采样电路设计；5)电子罗盘和GPS的信号模拟电路和数据采集电路，计算得出船的航向和航速。在软件上：1)为了提高系统模拟参数和采样参数的精度，根据海洋气象观测标准设计相应参数的数字滤波器和设计对风速风向的运动补偿算法，以便解算真实风速和风向。2)针对不同的模拟和采样参数，使用不同数字滤波算法。附图说明图1是本技术实施例1所公开海洋气象多参数模拟仪的电路连接示意图；图2是本技术实施例1所公开海洋气象多参数模拟仪中风速信号模拟电路的示意图；图3是本技术实施例1所公开海洋气象多参数模拟仪中风向传感器采样电路的示意图；图4是本技术实施例1所公开海洋气象多参数模拟仪中风速传感器采样电路的示意图；图5a是相对风的矢量模型；图5b是船舶平面运动的矢量模型。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种海洋气象多参数模拟仪，包括中央处理器和与中央处理器电连接的供电单元、人机交互单元、模拟器硬件电路及采集器硬件电路；其中供电单元包括与双电源切换电路电连接的锂电池和220V转12V单元，双电源切换电路为开关电源和12V转5V单元供电，12V转5V单元为5V精密电源和5V转3.3V单元供电，5V转3.3V单元为2.5V参考电源和中央处理器供电；模拟器硬件电路包括气压信号模拟电路、GPS信号模拟电路、电子罗盘信号模拟电路、风向信号模拟电路、风速信号模拟电路、温湿度信号模拟电路和雨量信号模拟电路，中央处理器通过RS232通信电路与气压信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测气压信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与GPS信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测GPS信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与电子罗盘信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测电子罗盘信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、正向放大电路和隔离运放电路与风向信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风向信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、差分放大电路和隔离运放电路与风速信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风速信号模拟电路的供电电压、通过正向放大电路与温湿度信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测温湿度信号模拟电路的供电电压、通过三极管驱动电路和继电器与雨量信号模拟电路电连接；采集器硬件电路包括气压传感器采样电路、GPS信号采样电路、电子罗盘信号采样电路、风速传感器采样电路、风向传感器采样电路、温湿度传感器采样电路和雨量传感器采样电路，中央处理器通过RS232通信电路和电源保护电路与气压传感器采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与GPS信号采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与电子罗盘信号采样电路电连接、通过滞回比较器与风速传感器采样电路电连接、通过电压跟随器与风向传感器采样电路电连接、通过电压跟随器和电源保护电路与温湿度传感器采样电路电连接、通过雨量接收模块与雨量传感器采样电路电连接。所述的中央处理器采用STM32F407VET6芯片。所述的人机交互单元为DGUS触摸屏。...

【技术保护点】
1.一种海洋气象多参数模拟仪，其特征在于：包括中央处理器和与中央处理器电连接的供电单元、人机交互单元、模拟器硬件电路及采集器硬件电路；其中供电单元包括与双电源切换电路电连接的锂电池和220V转12V单元，双电源切换电路为开关电源和12V转5V单元供电，12V转5V单元为5V精密电源和5V转3.3V单元供电，5V转3.3V单元为2.5V参考电源和中央处理器供电；模拟器硬件电路包括气压信号模拟电路、GPS信号模拟电路、电子罗盘信号模拟电路、风向信号模拟电路、风速信号模拟电路、温湿度信号模拟电路和雨量信号模拟电路，中央处理器通过RS232通信电路与气压信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测气压信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与GPS信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测GPS信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与电子罗盘信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测电子罗盘信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、正向放大电路和隔离运放电路与风向信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风向信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、差分放大电路和隔离运放电路与风速信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风速信号模拟电路的供电电压、通过正向放大电路与温湿度信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测温湿度信号模拟电路的供电电压、通过三极管驱动电路和继电器与雨量信号模拟电路电连接；采集器硬件电路包括气压传感器采样电路、GPS信号采样电路、电子罗盘信号采样电路、风速传感器采样电路、风向传感器采样电路、温湿度传感器采样电路和雨量传感器采样电路，中央处理器通过RS232通信电路和电源保护电路与气压传感器采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与GPS信号采样电路电连接、通过RS485通信电路和电源保护电路与电子罗盘信号采样电路电连接、通过滞回比较器与风速传感器采样电路电连接、通过电压跟随器与风向传感器采样电路电连接、通过电压跟随器和电源保护电路与温湿度传感器采样电路电连接、通过雨量接收模块与雨量传感器采样电路电连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种海洋气象多参数模拟仪，其特征在于：包括中央处理器和与中央处理器电连接的供电单元、人机交互单元、模拟器硬件电路及采集器硬件电路；其中供电单元包括与双电源切换电路电连接的锂电池和220V转12V单元，双电源切换电路为开关电源和12V转5V单元供电，12V转5V单元为5V精密电源和5V转3.3V单元供电，5V转3.3V单元为2.5V参考电源和中央处理器供电；模拟器硬件电路包括气压信号模拟电路、GPS信号模拟电路、电子罗盘信号模拟电路、风向信号模拟电路、风速信号模拟电路、温湿度信号模拟电路和雨量信号模拟电路，中央处理器通过RS232通信电路与气压信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测气压信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与GPS信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测GPS信号模拟电路的供电电压、通过RS485通信电路与电子罗盘信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测电子罗盘信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、正向放大电路和隔离运放电路与风向信号模拟电路电连接并通过电源监测电路监测风向信号模拟电路的供电电压、通过DAC电路、差分放大电路和隔离运放电路与风速信号模拟电路电...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦声波，韩志安，刘滨，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东;37