近年來，隨著科技的不斷進步，水下觀測平臺已經(jīng)成為新的研究熱點。為了實現(xiàn)對遠離岸基的水下各種信息連續(xù)不斷地監(jiān)測，必須利用海底光纜將岸基電能源源不斷地送到接駁盒和觀測傳感器中，使各種遠程接駁盒內(nèi)部設(shè)備能夠連續(xù)不間斷地運行。因此觀測網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)將成為整個網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分。
目前建立的觀測網(wǎng)絡(luò)多采用恒壓供電方式，利用海水作為回路進行電能的傳輸，將岸基設(shè)置為陽極，海水和水下接駁盒設(shè)置為陰極，利用光纜中的銅導(dǎo)線將數(shù)千伏的高壓電能傳輸?shù)剿赂鱾€接駁盒，再利用接駁盒中的DC/DC模塊將高壓直流電能轉(zhuǎn)換為可供各種傳感設(shè)備使用的低壓直流電能。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
在目前的觀測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，全部采用的是直流輸電系統(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)相對于交流供電系統(tǒng)主要有線路造價低、調(diào)節(jié)速度快等優(yōu)點。在直流輸電系統(tǒng)中又分為恒壓供電和恒流供電兩種方式。對于觀測網(wǎng)絡(luò)，部分系統(tǒng)采用恒壓供電，但其供電系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)置有大量的控制裝置和復(fù)雜龐大的電源變控系統(tǒng)，并且存在故障隔離難度大、不適合遠距離供電、變換器復(fù)雜等缺點，沒有得到廣泛的應(yīng)用。相對于恒壓供電方式，恒流供電具有故障自動隔離、安全可靠、供電距離遠、可帶負載多、轉(zhuǎn)換電路簡單、需高壓轉(zhuǎn)換電路等優(yōu)點，因此，本課題采用串聯(lián)恒流供電方式。
觀測網(wǎng)絡(luò)遠程電力監(jiān)控系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對直流電能傳輸過程的實時在線電力監(jiān)控，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示?；具h程電力監(jiān)控中心實現(xiàn)對觀測網(wǎng)絡(luò)接駁盒監(jiān)控節(jié)點和觀測傳感器的集中監(jiān)測和控制，是系統(tǒng)的總控制中心。接駁盒監(jiān)控節(jié)點是系統(tǒng)的水下分控制中心，也是整個監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵裝置。接駁盒監(jiān)控節(jié)點負責采集所連接的各個傳感器的工作電壓、電流及節(jié)點內(nèi)部的工作溫度，并把這些原始采集數(shù)據(jù)通過光以太網(wǎng)傳送至基站遠程電力監(jiān)控中心。接駁盒監(jiān)控節(jié)點還能夠接收基站監(jiān)控中心下發(fā)的各種控制指令，并通過節(jié)點內(nèi)部的單片機微控制器控制機械繼電器的開關(guān)，從而實現(xiàn)對各個觀測傳感器的遠程遙控供電控制。
2 水下接駁盒監(jiān)控節(jié)點設(shè)計
2.1 接駁盒節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)
圖2所示為接駁盒電能分配節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)采用兩個控制模塊進行電能的控制，采用三級控制策略對各種傳感設(shè)備、供電模塊進行通、斷控制。第一級別是岸基工作人員通過基站監(jiān)控中心向接駁盒內(nèi)部ADAM4060進行控制命令的下達，ADAM4060控制模塊實現(xiàn)相應(yīng)的操作，完成對傳感設(shè)備和供電模塊的控制。第二級別是C8051F020主控模塊自主完成對傳感設(shè)備的控制，沒有人工的參與，首先在前期的C8051F020軟件設(shè)計中，設(shè)定相應(yīng)采集電壓的閾值，在主控模塊工作中通過模擬外設(shè)ADC0進行各種傳感模塊電壓的采集，如果采集到的電壓不在閾值范圍之內(nèi)則觸發(fā)P1口控制繼電器工作，進行斷開命令，防止電壓過大使設(shè)備損壞，同時向岸基發(fā)送相應(yīng)的控制信息。第三級別主要由供電模塊自身硬件電路完成。
2.2 接駁盒節(jié)點電量測量模塊
觀測網(wǎng)絡(luò)電源模塊提供的電壓是標準的5 V、12 V、24 V，即整個監(jiān)控系統(tǒng)的輸出電壓范圍為5 V~12 V，可以利用電量隔離傳感器進行電壓的隔離和變換，取得與被測電壓成正比的0~5 V信號電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由采集模塊接收，然后通過傳輸模塊傳送給監(jiān)控中心。觀測網(wǎng)絡(luò)電能管理系統(tǒng)中，采用直流供電技術(shù)進行對接駁盒內(nèi)部各種設(shè)備的供電。為了實現(xiàn)采集信號和低壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的完全隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性，系統(tǒng)采用WBV121G07電壓隔離傳感器進行供電設(shè)備直流電壓的檢測，該電壓隔離傳感器采用線性光電隔離原理，對電壓信號進行實時測量，經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成跟蹤輸入信號的、有一定隔離能力的標準跟蹤電壓（VG）輸出。如果要改變傳感器設(shè)備供電電壓測量范圍，可以在電量隔離傳感器的某一輸入端串入分壓電阻，電壓測量通過分壓電阻可以在不更換傳感器的情況下改變測量范圍。
2.3 接駁盒節(jié)點遠程控制
