NI Compact RIO在海洋環(huán)境多物理場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

　　一、引言

　　近些年來(lái)，隨著人類對(duì)于海洋開(kāi)發(fā)力度的增加，關(guān)于海洋方面的研究越來(lái)越廣泛深入。相應(yīng)地，海洋中各種環(huán)境物理場(chǎng)也成為了研究關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)閷?duì)于海洋環(huán)境物理場(chǎng)的了解，意味著人們可以更加熟悉海洋，利用其環(huán)境物理場(chǎng)的變化規(guī)律，使我們?cè)诤Ｑ蟮刭|(zhì)勘測(cè)、地震預(yù)警、海洋捕撈、石油勘探等領(lǐng)域，更加的方便、有效。

　　而隨著海洋物理場(chǎng)水下物理場(chǎng)測(cè)量測(cè)試需求的增加，傳統(tǒng)的測(cè)試手段已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的測(cè)量需要，繁多的各物理場(chǎng)采集系統(tǒng)硬件設(shè)備測(cè)量靈活性差，系統(tǒng)的安全性和可靠性低的缺點(diǎn)，已嚴(yán)重限制了在需要多個(gè)環(huán)境物理場(chǎng)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量中的應(yīng)用。因此，對(duì)于一個(gè)小型化、智能化、布放便捷的海洋環(huán)境物理場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為必需。

　　二、硬件系統(tǒng)介紹：

　　1．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想：

　　本系統(tǒng)是基于海洋中多個(gè)環(huán)境物理場(chǎng)的綜合測(cè)量方法。海洋環(huán)境物理場(chǎng)包括多種物理環(huán)境，有傳統(tǒng)的聲、以及近些年來(lái)逐漸引入的磁、電、水壓，甚至于剛剛引起關(guān)注的光、熒光、地震波，各個(gè)物理場(chǎng)均有其特有的特性，這讓現(xiàn)有的水下物理場(chǎng)采集系統(tǒng)越來(lái)越無(wú)法滿足測(cè)量的需要；對(duì)于海洋的環(huán)境物理場(chǎng)，單點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法滿

　　同時(shí)，為了預(yù)測(cè)海洋環(huán)境物理場(chǎng)的變化趨勢(shì)，一個(gè)能夠長(zhǎng)期在水下工作的測(cè)量系統(tǒng)也是必須的。對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要一個(gè)多點(diǎn)采集陣列，通過(guò)岸上的PC機(jī)，對(duì)水下的各個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行控制，各個(gè)采集點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳送到岸上，進(jìn)行顯示和處理，基于以上幾點(diǎn)考慮以及根據(jù)海上作業(yè)的特殊需要，我們對(duì)于本套系統(tǒng)提出的要求是：

　?。?）智能化：靈活多樣的測(cè)量方式，因?yàn)樗碌亩喾N物理場(chǎng)，其對(duì)采樣率、采樣精度的要求不同；快捷、方便的采集軟件，利于程序員調(diào)試、測(cè)量人員操作；
　?。?）小型化：為了方便海上實(shí)測(cè)、布放的需要，以及對(duì)于水密艙的設(shè)計(jì)需要，小型的采集系統(tǒng)將是我們的首選。

　?。?）系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性：系統(tǒng)可以長(zhǎng)期、穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，這就要求系統(tǒng)水密性高，在海上要適應(yīng)不同的溫度條件，耐水流沖擊以及布放時(shí)的沖撞，同時(shí)，長(zhǎng)期工作時(shí)的功耗低，散熱性好，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。

　　綜上考慮，在對(duì)多個(gè)采集系統(tǒng)進(jìn)行綜合比較分析之后，我們選擇了NI公司的NI CompactRIO控制和采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種小巧而堅(jiān)固的工業(yè)化控制和采集系統(tǒng)，采用可重新配置I/O (reconfigurable I/O，縮寫(xiě)為RIO) FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)超高性能和可自定義功能。NI CompactRIO包含一個(gè)實(shí)時(shí)控制器與可重新配置的FPGA芯片，適用于可靠的獨(dú)立嵌入式或分布式應(yīng)用系統(tǒng)；其多樣的熱插拔工業(yè)I/O模塊，內(nèi)置可直接和傳感器/調(diào)節(jié)器連接的信號(hào)調(diào)理，均符合大多數(shù)海洋環(huán)境物理場(chǎng)測(cè)量的需要；優(yōu)良的抗震耐溫性能超越了老式的采集系統(tǒng)，保證了測(cè)試的可靠性與安全性；小巧的外形，使得系統(tǒng)的體積大大減少，方便了研究人員的海上布放與測(cè)量工作；較低的功耗，也使得系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性增強(qiáng)；同時(shí)，NI公司的LabVIEW和LabVIEW RT 模塊、LabVIEW FPGA模塊提供了良好的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用LabVIEW軟件，可以快捷的設(shè)置NI cRIO采集模塊的采集屬性；對(duì)于整個(gè)水下測(cè)量系統(tǒng)，可以利用NI cRIO系統(tǒng)集成的接口設(shè)備以及便捷的軟件設(shè)置，將水下各個(gè)測(cè)量點(diǎn)方便的集成在一起，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，和岸上工作站相連。

　　2．硬件簡(jiǎn)介

　　2.1 NI cRIO-9004特性指標(biāo)：

　　配置有一個(gè)串口和10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，由此和其他設(shè)備及PC機(jī)連接；工作電壓范圍在11到30V之間，當(dāng)有8個(gè)采集通道同時(shí)工作的情況下，功耗只有24W；有512M的存儲(chǔ)空間以及64M的DRAM；LabVIEW RT操作系統(tǒng)。

　　2.2 NI cRIO-9103特性指標(biāo)：

　　4個(gè)模塊插槽；3百萬(wàn)門可再配置FPGA系統(tǒng)；196KB RAM；

　　2.3 cRIO-9233特性指標(biāo)：

通道數(shù)………4個(gè)模擬輸入通道
A/D轉(zhuǎn)換精度……………24 bits
數(shù)據(jù)采樣率…………2K/s～50K/s
時(shí)鐘頻率… …………12.8MHz