基于can总线的温深度探测装置及系统的制作方法
基于can总线的温深度探测装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请设及海洋环境信息监测技术领域，尤其设及一种基于控制器局域网络 (ControllerAreaNetwork,CAN)总线的温深度探测装置及系统。
【背景技术】
[0002] 投弃式温度探头（expend油lebathythermograph,简称XBT)，可W在不影响船舰 航行状态下，快速获取海洋温度剖面，用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问 题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。
[0003] XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。探头上的姿态控制 部件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当探头到达海面时，数据采集板 上的计时器开始计时，该样由探头的下降速度和下降时间，就可W计算出探头在海水中的 深度值；同时，安装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应 的电阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采 样。根据电阻值就可W计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面数据。
[0004] 现有技术中，XBT的测量精度不是很高，而且采用485总线通讯方式与上位机进行 通讯，虽然485总线协议简单，实现方便，但是具有纠错能力差，传输距离短等缺点。在深海 环境中测量时，由于传输距离的原因，485总线很难达到要求的采样率。
【发明内容】
[0005] 本申请的目的是提供一种基于CAN总线的温深度探测装置及系统，W解决传统 XBT通过下降时间估计海洋深度测量精度不高W及485总线很难达到要求的采样率的问 题。
[0006] 为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测装置， 所述装置包括；压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块；
[0007] 所述压力探测模块用于获取第一模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给所述处 理模块；
[000引所述温度探测模块用于获取第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给所述处 理模块；
[0009] 所述处理模块用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号分别转换为第一数 字信号和第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线 模块；
[0010] 所述CAN总线模块用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给上位机；
[0011] 所述压力探测模块的输出端和所述温度探测模块的输出端分别与所述处理模块 的两个输入端相连接；
[0012] 所述处理模块的输出端与所述CAN总线模块的输入端相连接。
[0013] 第二方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测系统，所述系统包括本 实用新型实施例提供的基于CAN总线的温深度探测装置及上位机；
[0014] 所述上位机用于接收所述CAN总线模块发送的第一数字信号和第二数字信号，并 分别根据所述第一数字信号和所述第二数字信号确定海洋深度信息和海洋温度信息。
[0015] 本申请提供的基于CAN总线的温深度探测装置及系统，利用放置在探头部分的新 工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅提 高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。利 用CAN总线进行数据传输，纠错能力强，传输距离远，通信速率高等。
【附图说明】
[0016] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图；
[0017] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图；
[001引图3为压力探测模块示意图；
[0019] 图4为温度探测模块示意图；
[0020] 图5为压力探测模块中的压力探测单元电路图；
[0021] 图6为温度探测模块中的温度探测单元电路图。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。
[0023] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图。如图1所 示，所述装置包括；压力探测模块10、温度探测模块20、处理模块30、CAN总线模块40 ;
[0024] 压力探测模块10包括压力探测单元101和发送单元102 (如图3所示）。压力 探测单元用101于输出第一模拟信号；发送单元102用于将第一模拟信号发送至处理模块 30。温度探测模块20包括温度探测单元201和发送单元202 (如图4所示）。温度探测单 元201用于输出第二模拟信号，发送单元202用于将第二模拟信号发送至处理模块30,处 理模块30具体可W为单片机。压力探测模块10的输出端和温度探测模块20的输出端分 别与所述处理模块30的两个输入端相连接；处理模块30的输出端与所述CAN总线模块40 的输入端相连接。
[0025] 需要说明的是，其中压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送单 元202可W通过上位机控制，使压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送 单元202分时段的将第一模拟信号和第二模拟信号分别发送至处理模块中。例如；压力探 测模块中的发送单元102在第一时间段将第一模拟信号发送至处理模块中；第二时间段， 温度探测模块中的发送单元202将第二模拟信号发送至处理模块中，W此类推。处理模块 30还包括接收单元，转换单元W及发送单元。处理模块30中的接收单元包括两个接收通 道，用于分别接收压力探测模块10中的发送单元102发送的第一模拟信号，W及温度探测 模块20中的发送单元202发送的第二模拟信号；处理模块30中的转换单元（本实施例中 WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块30的接收单元两个通道中，将第 一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处理模块30中的 发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至CAN总线模块40 (可W根据需 要，自行设置每一数据帖中的对于第一数字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个 数据帖中前几个字节为第一数字信号，余下字节为第二数字信号）。其中，CAN总线模块40 接收第一数字信号和第二数字信号并发送给上位机。
[0026] 本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[0027] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图。如图2所 示，该系统包括了实施例一的基于CAN总线的温深度探测装置化及上位机50,基于CAN总线 的温深度探测装置和上位机50相连接。
[002引基于CAN总线的温深度探测装置将第一数字信号和第二数字信号根据CAN总线的 通信协议，通过双绞线发送至上位机50中。上位机50按照一定的规则将第一数字信号和 第二数字信号在数据帖中解析后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字 信号的十进制形式，同时也是第一模拟信号的数字显示形式），根据第一数值计算海洋深度 信息，将第二数字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时也是 第二模拟信号的数字显示形式），根据第二数值计算海洋温度信息。
[0029] 具体的，因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所W根据一定的比例关系，上位 机50可W通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0030] 同样，上位机50根据第二数值计算温度传感器中的热敏电阻的阻值，根据热敏电 阻的阻值，通过热敏电阻的阻值一温度曲线常用Steinhart-Hart方程进行拟合：
[0031] 1/T=A+Bln佩+C(InR) 3 (1-1)
[003引其中：
[0033]T-绝对温度化。）；
[0034] R-热敏电阻的阻值（Q);
[0035]A，B，C-曲线拟合的常数。
[0036] 在所需的测温范围内选取S个温度点即可确定方程中的常数项。在实际应用中往 往取更多温度点进行校准，可W得到更精确的拟合曲线。进而相应的计算出海洋的温度信 息。
[0037] 本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[003引图5为本实用新型提供的压力探测模块中的探测单元电路图，如图5所示，该探测 单元包括；压力传感器（图中未示出）W及放大电路。压力传感器和放大电路相连接。压 力传感器用于将海洋中的压力信号转换为第=模拟信号，并将第=模拟信号输入到所述放 大电路中；
[0039] 放大电路具体用于将第=模拟信号进行转换，得到所述第一模拟信号并输出。其 中，放大电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第=运算放大器、数字电位器（图中 未示出 ）化及电阻R1~R9 ;
[0040] 压力传感器（本图中并未标出压力传感器，压力传感器的四端分别对应连接电源 VOl的四个端子，即4v端子连接电源VOl的4V端子，V0+、VO-分别对应连接压力传感器的 两个输出端，接地端子连接电源V01的接地端子，并通过V01的接地端子接地，所W图中的 V01的4个端子可W视为压力传感器的4个连接端子）的正4V端子连接电阻R1的第一端 与电阻R2的第一端之间的结点；正输出端与负输出端分别连接第一运算放大器的正输入 端与第二运算放大器的正输入端；压力传感器的接地端子接地；电阻R1的第二端通过数字 电位器的第一通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L0与册之间为数字电位器 的第一通道，数字电位器在图中并未标出）；电阻R2的第二端与第二运算放大器的负输入 端相连接；电阻R3的第一端连接电阻R2与所述第二运算放大器负输入端之间的结点；电 阻R3的第二端通过数字电位器的第二通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L1 与册之间为数字电位器的第二通道，数字电位器在图中并未标出）；第一运算放大器的负 输入端通过电阻R4与该运算放大器的输出端相连接，电阻R5的第一端与第二运算放大器 的负输入端相连接，第二端与第二运算放大器的输出端相连接；电阻R6的第一端与第二运 算放大器的输出端和电阻R5的第二端之间的节点相连接；电阻R6的第二端与第=运算放 大器的负输入端相连接；电阻R7的第一端与第一运算放大器的输出端和电阻R4之间的结 点相连接；第二端与第=运算放大器的正输入端连接；第=运算放大器的正输入端还连接 电阻R9的第一端；负输入端连接电阻R8的第一端；第=运算放大器的输出端连接电阻R8 的第二端；电阻R9的第二端接地。
[0041] 此外，压力探测单元还包括；第一恒压源（4V)W及第二恒压源（1. 8V);第一恒压 源，用于为压力探测单元中除了第=运算放大器W外的所有电路提供电压；第二恒压源，用 于为第=运算放大器提供电压。
[0042] 需要说明的是上述所介绍的数字电位器的主要作用是为了调整该电路中的零点 和满量程输出，第一通道的电阻和第二通道中的电阻可W分别记为RdO和Rdl。
[0043] 其中，输出第一模拟信号化的具体表达式如下式所示：
[0044]
(2-1)
[0045] 由于所求出的第一模拟信号的数值化与海洋的深度成线性关系，所W当上位机 获取第一模拟信号的数值化时，就可W相应的计算出海洋的深度。
[0046] 图6为本实用新型提供的温度探测模块中的温度探测单元电路图，如图6所示，温 度探测单元包括：温度传感器和调理电路，温度传感器和调理电路相连接；
[0047] 温度传感器用于将海洋温度信号转换为第四模拟信号；调理电路用于对第四模拟 信号进行转换，得到第二模拟信号并输出。
[0048] 其中，温度探测单元电路（即调理电路与温度传感器共同组成的电路）具体包括： 第S恒压源，电阻R14~R17W及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器W及第五运算 放大器；
[0049] 第S恒压源（1. 8V)的输出端分别连接电阻R15的第一端，第四运算放大器的电源 端子中的正极输入端，W及电阻R17的第一输入端；电阻R15的第二端连接电阻R14的第一 端；电阻R14的第二端接地；第四运算放大器的正输入端连接至电阻R15与电阻R14之间的 结点；第四运算放大器的负输入端连接该运算放大器的输出端与电阻R16第一端之间的结 点；第四运算放大器的电源端子中的负输入端接地；
[0化0] 电阻R16的第二端连接至第五运算放大器的负输入端与电阻R19第一端之间的结 占. '?、、，
[0化1] 电阻R17的第二端连接至第五运算放大器的正输入端与温度传感器RT1第一端之 间的结点；
[0化2] 温度传感器RT1的第二端接地；
[0化3] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0化4] 根据该电路输出的第二模拟信号Vout的具体表达式如下式所示：
[0055]
(3-1)
[0化6] 由式3-1可W看出，合理调整各电阻的阻值，就可W将输出电压限定在0V至A/D 的满刻度输入范围内。该式还说明除R17巧17为低温漂电阻，当温度变化较大时，电阻值也 几乎不会发生改变）W外，如果其他各电阻元件具有相同的温度系数，则不会影响测量结 果。但R17须选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。选择低温漂、低噪声的运算放大器 对于保证测量稳定性和精度是有益的。
[0化7] 需要说明的是，第S恒压源的电压为1.8V，该恒压源作为温度传感器RT1的激励 电源，同时该恒压源提供温度测量时的A/D转换器的基准参考电压。该样的设计消除了激 励源变化对A/D输出结果的影响，从而降低了对基准电源的要求，提高了测量的稳定性。并 且，温度传感器RT1上串联一个电阻R17,用于限制流过温度传感器的电流，减小自发热导 致的测量误差。
[005引 W上所述的【具体实施方式】，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，W上所述仅为本申请的【具体实施方式】而已，并不用于限定本申请 的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于控制器局域网络CAN总线的温深度探测装置，其特征在于，所述装置包括： 压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块； 所述压力探测模块用于获取第一模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给所述处理模 块； 所述温度探测模块用于获取第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给所述处理模 块； 所述处理模块用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号分别转换为第一数字信 号和第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线模 块； 所述CAN总线模块用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给上位机； 所述压力探测模块的输出端和所述温度探测模块的输出端分别与所述处理模块的两 个输入端相连接； 所述处理模块的输出端与所述CAN总线模块的输入端相连接。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力探测模块包括：压力探测单元和 发送单元； 所述压力探测单元用于输出所述第一模拟信号； 所述发送单元用于将所述第一模拟信号发送给所述处理模块； 所述压力探测单元和所述发送单元相连接。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力探测单元包括：压力传感器和放 大电路； 所述压力传感器用于将压力信号转换为第三模拟信号，并将所述第三模拟信号输入到 所述放大电路中； 所述放大电路用于将所述第三模拟信号转换为所述第一模拟信号并输出； 所述压力传感器和所述放大电路相连接。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度探测模块包括：温度探测单元和 发送单元； 所述温度探测单元用于输出所述第二模拟信号； 所述发送单元用于将所述第二模拟信号发送给所述处理模块； 所述温度探测单元和所述发送单元相连接。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度探测单元包括：温度传感器和调 理电路； 所述温度传感器用于将海洋温度信号转换为第四模拟信号； 所述调理电路用于将所述第四模拟信号转换为所述第二模拟信号并输 出； 所述温度传感器和所述调理电路相连接。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：接收单元、转换单元 以及发送单元； 所述接收单元用于分别接收所述压力探测模块发送的所述第一模拟信号和所述温度 探测模块发送的所述第二模拟信号； 转换单元用于分别将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号转换为第一数字信号和 第二数字信号； 发送单元用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线模块； 所述接收单元输出端与所述转换单元的输入端相连接； 所述转换单元的输出端与所述发送单元的输入端相连接。7. -种基于CAN总线的温深度探测系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1所述 的装置及上位机； 所述上位机用于接收所述CAN总线模块发送的第一数字信号和第二数字信号，并分别 根据所述第一数字信号和所述第二数字信号确定海洋深度信息和海洋温度信息； 所述装置与所述上位机相连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于CAN总线的温深度探测装置及系统，所述装置包括：压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块；压力探测模块用于获取第一模拟信号，并发送给处理模块；温度探测模块用于获取第二模拟信号，并发送给处理模块；处理模块用于将第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号，并发送给CAN总线模块；CAN总线模块用于将第一数字信号和第二数字信号发送给上位机。本申请提供的装置及系统，利用新工艺的压力传感器和温度传感器采集数据，精度大幅提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线传递给上位机。利用CAN总线进行数据传输，纠错能力强，传输距离远，通信速率高等。
【IPC分类】G01C13/00
【公开号】CN204694253
【申请号】CN201520365845
【发明人】于钟德, 王晓东, 李春
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日
【技术领域】
[0001] 本申请设及海洋环境信息监测技术领域，尤其设及一种基于控制器局域网络 (ControllerAreaNetwork,CAN)总线的温深度探测装置及系统。
【背景技术】
[0002] 投弃式温度探头（expend油lebathythermograph,简称XBT)，可W在不影响船舰 航行状态下，快速获取海洋温度剖面，用来解决船舰在机动状态下的海洋环境参数测量问 题，同时也是海洋调查、水声探测等方面非常重要的测量装备和测量手段。
[0003] XBT主要由姿态控制部件、温度传感器、信号传输线等组成。探头上的姿态控制 部件，使探头按照一定的规律在海水中下降。投放XBT后，当探头到达海面时，数据采集板 上的计时器开始计时，该样由探头的下降速度和下降时间，就可W计算出探头在海水中的 深度值；同时，安装在探头前端的温度传感器，把海水的温度值按一定的规律，转换成相应 的电阻值，并通过信号传输线，把温度传感器的电阻值，实时地传输到数据采集器中用于采 样。根据电阻值就可W计算出当前海水的温度值，从而得到海水的温度深度剖面数据。
[0004] 现有技术中，XBT的测量精度不是很高，而且采用485总线通讯方式与上位机进行 通讯，虽然485总线协议简单，实现方便，但是具有纠错能力差，传输距离短等缺点。在深海 环境中测量时，由于传输距离的原因，485总线很难达到要求的采样率。
【发明内容】
[0005] 本申请的目的是提供一种基于CAN总线的温深度探测装置及系统，W解决传统 XBT通过下降时间估计海洋深度测量精度不高W及485总线很难达到要求的采样率的问 题。
[0006] 为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测装置， 所述装置包括；压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块；
[0007] 所述压力探测模块用于获取第一模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给所述处 理模块；
[000引所述温度探测模块用于获取第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给所述处 理模块；
[0009] 所述处理模块用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号分别转换为第一数 字信号和第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线 模块；
[0010] 所述CAN总线模块用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给上位机；
[0011] 所述压力探测模块的输出端和所述温度探测模块的输出端分别与所述处理模块 的两个输入端相连接；
[0012] 所述处理模块的输出端与所述CAN总线模块的输入端相连接。
[0013] 第二方面，本申请提供了一种基于CAN总线的温深度探测系统，所述系统包括本 实用新型实施例提供的基于CAN总线的温深度探测装置及上位机；
[0014] 所述上位机用于接收所述CAN总线模块发送的第一数字信号和第二数字信号，并 分别根据所述第一数字信号和所述第二数字信号确定海洋深度信息和海洋温度信息。
[0015] 本申请提供的基于CAN总线的温深度探测装置及系统，利用放置在探头部分的新 工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅提 高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。利 用CAN总线进行数据传输，纠错能力强，传输距离远，通信速率高等。
【附图说明】
[0016] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图；
[0017] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图；
[001引图3为压力探测模块示意图；
[0019] 图4为温度探测模块示意图；
[0020] 图5为压力探测模块中的压力探测单元电路图；
[0021] 图6为温度探测模块中的温度探测单元电路图。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。
[0023] 图1为本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置示意图。如图1所 示，所述装置包括；压力探测模块10、温度探测模块20、处理模块30、CAN总线模块40 ;
[0024] 压力探测模块10包括压力探测单元101和发送单元102 (如图3所示）。压力 探测单元用101于输出第一模拟信号；发送单元102用于将第一模拟信号发送至处理模块 30。温度探测模块20包括温度探测单元201和发送单元202 (如图4所示）。温度探测单 元201用于输出第二模拟信号，发送单元202用于将第二模拟信号发送至处理模块30,处 理模块30具体可W为单片机。压力探测模块10的输出端和温度探测模块20的输出端分 别与所述处理模块30的两个输入端相连接；处理模块30的输出端与所述CAN总线模块40 的输入端相连接。
[0025] 需要说明的是，其中压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送单 元202可W通过上位机控制，使压力探测模块中的发送单元102和温度探测模块中的发送 单元202分时段的将第一模拟信号和第二模拟信号分别发送至处理模块中。例如；压力探 测模块中的发送单元102在第一时间段将第一模拟信号发送至处理模块中；第二时间段， 温度探测模块中的发送单元202将第二模拟信号发送至处理模块中，W此类推。处理模块 30还包括接收单元，转换单元W及发送单元。处理模块30中的接收单元包括两个接收通 道，用于分别接收压力探测模块10中的发送单元102发送的第一模拟信号，W及温度探测 模块20中的发送单元202发送的第二模拟信号；处理模块30中的转换单元（本实施例中 WA/D转换器为例）将会分时间段的分别转换到处理模块30的接收单元两个通道中，将第 一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号。处理模块30中的 发送单元将第一数字信号和第二数字信号进行分字节传送至CAN总线模块40 (可W根据需 要，自行设置每一数据帖中的对于第一数字信号和第二数字信号的字节分配，例如，在一个 数据帖中前几个字节为第一数字信号，余下字节为第二数字信号）。其中，CAN总线模块40 接收第一数字信号和第二数字信号并发送给上位机。
[0026] 本申请实施例一提供的基于CAN总线的温深度探测装置，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[0027] 图2为本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统示意图。如图2所 示，该系统包括了实施例一的基于CAN总线的温深度探测装置化及上位机50,基于CAN总线 的温深度探测装置和上位机50相连接。
[002引基于CAN总线的温深度探测装置将第一数字信号和第二数字信号根据CAN总线的 通信协议，通过双绞线发送至上位机50中。上位机50按照一定的规则将第一数字信号和 第二数字信号在数据帖中解析后，将第一数字信号（二进制）转换为第一数值（第一数字 信号的十进制形式，同时也是第一模拟信号的数字显示形式），根据第一数值计算海洋深度 信息，将第二数字信号（二进制）转换为第二数值（第二数字信号的十进制形式，同时也是 第二模拟信号的数字显示形式），根据第二数值计算海洋温度信息。
[0029] 具体的，因为第一数值与海洋的深度成线性关系，所W根据一定的比例关系，上位 机50可W通过第一数值计算出海洋的深度信息。
[0030] 同样，上位机50根据第二数值计算温度传感器中的热敏电阻的阻值，根据热敏电 阻的阻值，通过热敏电阻的阻值一温度曲线常用Steinhart-Hart方程进行拟合：
[0031] 1/T=A+Bln佩+C(InR) 3 (1-1)
[003引其中：
[0033]T-绝对温度化。）；
[0034] R-热敏电阻的阻值（Q);
[0035]A，B，C-曲线拟合的常数。
[0036] 在所需的测温范围内选取S个温度点即可确定方程中的常数项。在实际应用中往 往取更多温度点进行校准，可W得到更精确的拟合曲线。进而相应的计算出海洋的温度信 息。
[0037] 本申请实施例二提供的基于CAN总线的温深度探测系统，利用放置在探头部分的 新工艺的压力传感器和温度传感器分别获取海洋温度数据与海洋深度数据，测量精度大幅 提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线由XBT探头传递给上位机然后传递至计算机。 CAN总线具有纠错能力强，传输距离远，通信速率高等特点。
[003引图5为本实用新型提供的压力探测模块中的探测单元电路图，如图5所示，该探测 单元包括；压力传感器（图中未示出）W及放大电路。压力传感器和放大电路相连接。压 力传感器用于将海洋中的压力信号转换为第=模拟信号，并将第=模拟信号输入到所述放 大电路中；
[0039] 放大电路具体用于将第=模拟信号进行转换，得到所述第一模拟信号并输出。其 中，放大电路包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第=运算放大器、数字电位器（图中 未示出 ）化及电阻R1~R9 ;
[0040] 压力传感器（本图中并未标出压力传感器，压力传感器的四端分别对应连接电源 VOl的四个端子，即4v端子连接电源VOl的4V端子，V0+、VO-分别对应连接压力传感器的 两个输出端，接地端子连接电源V01的接地端子，并通过V01的接地端子接地，所W图中的 V01的4个端子可W视为压力传感器的4个连接端子）的正4V端子连接电阻R1的第一端 与电阻R2的第一端之间的结点；正输出端与负输出端分别连接第一运算放大器的正输入 端与第二运算放大器的正输入端；压力传感器的接地端子接地；电阻R1的第二端通过数字 电位器的第一通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L0与册之间为数字电位器 的第一通道，数字电位器在图中并未标出）；电阻R2的第二端与第二运算放大器的负输入 端相连接；电阻R3的第一端连接电阻R2与所述第二运算放大器负输入端之间的结点；电 阻R3的第二端通过数字电位器的第二通道与第一运算放大器的负输入端相连接（图中L1 与册之间为数字电位器的第二通道，数字电位器在图中并未标出）；第一运算放大器的负 输入端通过电阻R4与该运算放大器的输出端相连接，电阻R5的第一端与第二运算放大器 的负输入端相连接，第二端与第二运算放大器的输出端相连接；电阻R6的第一端与第二运 算放大器的输出端和电阻R5的第二端之间的节点相连接；电阻R6的第二端与第=运算放 大器的负输入端相连接；电阻R7的第一端与第一运算放大器的输出端和电阻R4之间的结 点相连接；第二端与第=运算放大器的正输入端连接；第=运算放大器的正输入端还连接 电阻R9的第一端；负输入端连接电阻R8的第一端；第=运算放大器的输出端连接电阻R8 的第二端；电阻R9的第二端接地。
[0041] 此外，压力探测单元还包括；第一恒压源（4V)W及第二恒压源（1. 8V);第一恒压 源，用于为压力探测单元中除了第=运算放大器W外的所有电路提供电压；第二恒压源，用 于为第=运算放大器提供电压。
[0042] 需要说明的是上述所介绍的数字电位器的主要作用是为了调整该电路中的零点 和满量程输出，第一通道的电阻和第二通道中的电阻可W分别记为RdO和Rdl。
[0043] 其中，输出第一模拟信号化的具体表达式如下式所示：
[0044]
(2-1)
[0045] 由于所求出的第一模拟信号的数值化与海洋的深度成线性关系，所W当上位机 获取第一模拟信号的数值化时，就可W相应的计算出海洋的深度。
[0046] 图6为本实用新型提供的温度探测模块中的温度探测单元电路图，如图6所示，温 度探测单元包括：温度传感器和调理电路，温度传感器和调理电路相连接；
[0047] 温度传感器用于将海洋温度信号转换为第四模拟信号；调理电路用于对第四模拟 信号进行转换，得到第二模拟信号并输出。
[0048] 其中，温度探测单元电路（即调理电路与温度传感器共同组成的电路）具体包括： 第S恒压源，电阻R14~R17W及电阻R19,温度传感器RT1，第四运算放大器W及第五运算 放大器；
[0049] 第S恒压源（1. 8V)的输出端分别连接电阻R15的第一端，第四运算放大器的电源 端子中的正极输入端，W及电阻R17的第一输入端；电阻R15的第二端连接电阻R14的第一 端；电阻R14的第二端接地；第四运算放大器的正输入端连接至电阻R15与电阻R14之间的 结点；第四运算放大器的负输入端连接该运算放大器的输出端与电阻R16第一端之间的结 点；第四运算放大器的电源端子中的负输入端接地；
[0化0] 电阻R16的第二端连接至第五运算放大器的负输入端与电阻R19第一端之间的结 占. '?、、，
[0化1] 电阻R17的第二端连接至第五运算放大器的正输入端与温度传感器RT1第一端之 间的结点；
[0化2] 温度传感器RT1的第二端接地；
[0化3] 第五运算放大器的输出端连接至电阻R19的第二端。
[0化4] 根据该电路输出的第二模拟信号Vout的具体表达式如下式所示：
[0055]
(3-1)
[0化6] 由式3-1可W看出，合理调整各电阻的阻值，就可W将输出电压限定在0V至A/D 的满刻度输入范围内。该式还说明除R17巧17为低温漂电阻，当温度变化较大时，电阻值也 几乎不会发生改变）W外，如果其他各电阻元件具有相同的温度系数，则不会影响测量结 果。但R17须选用温度系数小、性能稳定的金属膜电阻。选择低温漂、低噪声的运算放大器 对于保证测量稳定性和精度是有益的。
[0化7] 需要说明的是，第S恒压源的电压为1.8V，该恒压源作为温度传感器RT1的激励 电源，同时该恒压源提供温度测量时的A/D转换器的基准参考电压。该样的设计消除了激 励源变化对A/D输出结果的影响，从而降低了对基准电源的要求，提高了测量的稳定性。并 且，温度传感器RT1上串联一个电阻R17,用于限制流过温度传感器的电流，减小自发热导 致的测量误差。
[005引 W上所述的【具体实施方式】，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，W上所述仅为本申请的【具体实施方式】而已，并不用于限定本申请 的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含 在本申请的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于控制器局域网络CAN总线的温深度探测装置，其特征在于，所述装置包括： 压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块； 所述压力探测模块用于获取第一模拟信号，并将所述第一模拟信号发送给所述处理模 块； 所述温度探测模块用于获取第二模拟信号，并将所述第二模拟信号发送给所述处理模 块； 所述处理模块用于将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号分别转换为第一数字信 号和第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线模 块； 所述CAN总线模块用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给上位机； 所述压力探测模块的输出端和所述温度探测模块的输出端分别与所述处理模块的两 个输入端相连接； 所述处理模块的输出端与所述CAN总线模块的输入端相连接。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压力探测模块包括：压力探测单元和 发送单元； 所述压力探测单元用于输出所述第一模拟信号； 所述发送单元用于将所述第一模拟信号发送给所述处理模块； 所述压力探测单元和所述发送单元相连接。3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力探测单元包括：压力传感器和放 大电路； 所述压力传感器用于将压力信号转换为第三模拟信号，并将所述第三模拟信号输入到 所述放大电路中； 所述放大电路用于将所述第三模拟信号转换为所述第一模拟信号并输出； 所述压力传感器和所述放大电路相连接。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度探测模块包括：温度探测单元和 发送单元； 所述温度探测单元用于输出所述第二模拟信号； 所述发送单元用于将所述第二模拟信号发送给所述处理模块； 所述温度探测单元和所述发送单元相连接。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述温度探测单元包括：温度传感器和调 理电路； 所述温度传感器用于将海洋温度信号转换为第四模拟信号； 所述调理电路用于将所述第四模拟信号转换为所述第二模拟信号并输 出； 所述温度传感器和所述调理电路相连接。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：接收单元、转换单元 以及发送单元； 所述接收单元用于分别接收所述压力探测模块发送的所述第一模拟信号和所述温度 探测模块发送的所述第二模拟信号； 转换单元用于分别将所述第一模拟信号和所述第二模拟信号转换为第一数字信号和 第二数字信号； 发送单元用于将所述第一数字信号和所述第二数字信号发送给所述CAN总线模块； 所述接收单元输出端与所述转换单元的输入端相连接； 所述转换单元的输出端与所述发送单元的输入端相连接。7. -种基于CAN总线的温深度探测系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1所述 的装置及上位机； 所述上位机用于接收所述CAN总线模块发送的第一数字信号和第二数字信号，并分别 根据所述第一数字信号和所述第二数字信号确定海洋深度信息和海洋温度信息； 所述装置与所述上位机相连接。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于CAN总线的温深度探测装置及系统，所述装置包括：压力探测模块、温度探测模块、处理模块、CAN总线模块；压力探测模块用于获取第一模拟信号，并发送给处理模块；温度探测模块用于获取第二模拟信号，并发送给处理模块；处理模块用于将第一模拟信号和第二模拟信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号，并发送给CAN总线模块；CAN总线模块用于将第一数字信号和第二数字信号发送给上位机。本申请提供的装置及系统，利用新工艺的压力传感器和温度传感器采集数据，精度大幅提高。并且，将采集到的数据通过CAN总线传递给上位机。利用CAN总线进行数据传输，纠错能力强，传输距离远，通信速率高等。
【IPC分类】G01C13/00
【公开号】CN204694253
【申请号】CN201520365845
【发明人】于钟德, 王晓东, 李春
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日
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