بخشی از مقاله
دریافت لحظهاي دادههاي اندازه گیري شده توسط بویهها از طریق شبکههاي مخابراتی
چکیده
امروزه استفاده از بویهها براي اطلاع از شرایط جوي دریا و همچنین استفاده از آنها براي اقیانوس شناسی و هواشناسی از مباحث مهم مطالعاتی در مراکز تحقیقاتی دریایی به شمار میرودمعمولاً. دریافت اطلاعات از بویهها از طریق امواج رادیویی یا الکترومغناطیسی صورت میپذیرد و این وسایل شناور در آب از این طریق دادههاي اندازه گیري شده توسط خود را به کاربران میفرستند. در این مقاله به تبیین روشی جدید جهت ارسال داده-هاي اندازه گیري شده توسط بویهها و دریافت توسط کاربران پرداخته شده است. در این روش ارسال دادهها از طریق خطوط مخابراتی مانند سیم کارتهاي ماهوارهاي صورت میپذیرد که لازمه آن، نصب و برنامه ریزي یک بورد مجهز به سیم کارت، و ... در داخل آنها میباشد. تمامی سنسورهاي اندازه گیري به طور غیرمستقیم به بورد مرکزي تلفن همراه متصل میگردند و با دریافت دستور از ایستگاه مرکزي که این ایستگاه می-تواند یک تلفن همراه یا سیستمی دیگر در دست کاربر باشد، اطلاعات خود را براي کاربر مخابره میکنند. از مزایاي استفاده از سیم کارت و تلفن همراه به عنوان سیستم ارسال و دریافت دادهها میتوان به هزینه کم و برد بسیار زیاد آن اشاره نمود.
کلمات کلیدي: بویه، هدایت و کنترل، دادههاي هواشناسی، سیستمهاي مخابراتی، آشکارساز
مقدمه
منابع و صنایع دریایی، امروزه نقش مهمی در زندگی انسانها دارند به همین دلیل مطالعه و بررسی بسـیاري از مسـائل مهندسـی، زیسـتشناسـی، تجاري و نظامی مرتبط با دریا، همواره مورد توجه محققان بوده است. با توسعه و گسترش صنایع دریایی و علوم مرتبط با دریـا، امـروزه بـراي انجـام بسیاري از کاربردهاي هواشناسی، موج شناسی و اقیانوس شناسی به کارگیري تکنولوژي خاص و جدیدي براي پاسخ گویی به نیازهاي روزافزون پیش آمده، ضروري مینماید. در بسیاري از صنایع مختلف و گوناگون، استفاده از تجهیزاتی که بتوان آنها را بـدون حضـور مسـتقیم نیـروي انسـانی بـه سنجش بپردازند و از راه دور دادههاي اندازه گیري شده را ارسال نمایند، کاربردهایی فراوانی یافته انـد و در بسـیاري از مـوارد بـه جـزء جدانشـدنی کاربردهاي تجاري و صنعتی بدل گشتهاند. این تجهیزات شامل بویهها که قابلیت ارسال دادههاي اندازه گیري شده را دارند هم میباشـد. در صـنایع دریایی بنا به دلایلی که گفته شد، استفاده از تکنولوژي بویهها در سالهاي اخیر توسعه و گسترش فراوانی یافته و در بسیاري از شاخههـاي علـوم و مهندسی دریا نقش مهم و اساسی پیدا نمودهاند. بهبود و افزایش کارایی این تکنولوژي نیازمند افـزایش مطالعـات مهندسـی بـر روي تمـامی انـواع سیستمها، از جمله سیستمهاي ارسال دادهها، کنترلی و ارسال فرامین میباشد.
بویهها
بویههاي موج نگار مجموعه کاملی از تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی هستند که توسط آنها میتوان اندازهگیري پارامترهاي هواشناسی و اقیانوس-شناسی را انجام داد. این مجموعه به عنوان یک پایگاه شناور است که به صورت خودکار اطلاعات آب و هوایی محیطی را که در آن نصب شده گرفته و به ساحل یا کشتیها مخابره میکند. از دیدگاه سیستمی یک بویه موجنگار از بخشهاي مختلفی تشکیل شده است. که میتوان به بخش- هاي مکانیکی و الکترونیکی آن اشاره نمود. بدنه مکانیکی بویههاعمولاًم شامل دکل بویه، بدنه اصلی، وزنهي پایدارکننده و نگهدارنده و سیستم مهار میباشدمعمولاً. بویهها بر اساس نوع کاربري و شکل دسته بندي میشوند که در جدول (1) دسته بندي این بویهها از لحاظ شکل و کارکرد نشان داده شده است. [1]
در شکل زیر انواع بویهها نشان داده شده است.
یکی دیگر از بخشهاي تشکیل دهنده بویهها بخش الکترونیکی و سنسورهاي مربوطه است که در ادامه به بررسی موردي سنسورها پرداخته می-شود. به عنوان مثال یک بویه موج نگار شامل سنسورهاي مختلفی است که مهمترین آنها عبارتند از:
(1 سنسور فشارسنج
2) سنسور دماسنج
3) سنسور رطوبت سنج
4) سنسور سرعت باد
5) سنسور جهت باد
(6 سنسور شوري آب هر یک از سنسورهاي فوق به همراه بوردهاي الکتریکی مربوطه، با توجه به شرایط آب و هوایی دریا درون محفظه یا سیستم مکانیکی خاصی قرار میگیرند
.
شکل :2 نمایی از سنسورهاي نصب شده بر روي بویهها
کاربردهاي بویهها در دریا
امروزه بویهها بخش جداناشدنی صنایع و علوم دریایی میباشند. در حال حاضر این بویهها بخش بسیار مهم و قابل اعتمادي از صنایع ساحلی و فراساحلی را تشکیل میدهند که میتوانند توسط نهادهاي تجاري، دریایی و نظامی مورد استفاده قرار گیرند. بویهها در اشکال و اندازههاي مختلف وجود داشته و هرکدام معناي خاص خود را دارند، که از میان آنها بویههایی که مجهز به چراغ باشند براي دریانوردي در شب نیز بکار میروند و آنهایی که مجهز به ایجاد سوت هستند براي دریانوردي در هواي مه آلود مورد استفاده قرار میگیرند. غالب بویههاي جدید مجهز به دستگاههایی براي انعکاس امواج رادار میباشند اینگونه بویهها امواج فرستاده شده را از رادار به خوبی منعکس نموده و در روي صفحه رادار بصورت یک نقطه نورانی دیده میشوند. امروزه بویههاي جدید مطالعات متنوع دریایی و جمعآوري اطلاعات مربوط به محیط زیست و شیلات، دریاشناسی و اقیانوس شناسی را انجام میدهند.
شکل :3 نمایی از بویههاي مجهز به سنسور
ضرورت انجام تحقیق
معمولاً جهت مخابره اطلاعات و دادهها از بویهها از امواج الکترومغناطیسی استفاده میشود. محدود بودن عمق و شعاع عملیاتی بویهها را میتوان با استفاده از شبکههاي مخابراتی و بویژه سیم کارتهاي ماهوارهاي تا حدي برطرف نمود. همچنین با استفاده از این فناوري میتوان در هر نقطهاي از کره خاکی از شرایط دریا و اطلاعات دریافتی توسط بویهها آگاه شد. از این رو بر آن شدیم تا با کارگیري شبکههاي مخابراتی و ماهوارهاي روشی نوین و فناورانهاي را براي افزایش کارایی و برد این بویهها عرضه نماییم.
ارسال فرامین و دریافت داده از بویه توسط تلفن همراه
روش ارائه شده در این مقاله ارسال فرامین و دریافت داده از بویهها به وسیله خط تلفن و تلفن همراه ماهوارهاي میباشد. عملکرد سیستم به این صورت است که به وسیله یک دستگاه تلفن و یا تلفن همراه مجهز به سیستم تن ویک خط تلفن و یا سیم کارت میتوان این وسایل را در هر نقطه-
اي پایش کرد. سیستم تن از آن جهت مورد توجه است که سریعتر، کاملتر و انعطافپذیرتر از سیستم پالس میباشد و احتمال افتادن نویز بر روي آن نیزتقریباً وجود ندارد. هدف عمده مدار ما پایش از دور و دریافت داده از بویهها توسط شبکههاي مخابراتی میباشدکه شامل دو بخش الکترونیکی و نرم افزاري میباشد که ابتدا به بخش الکترونیکی آن میپردازیم.
بخش الکترونیکی سیستم
این مدار همواره با سیم کارت تلفن همراه ارتباط داشته و رلههاي آن به تجهیزات الکترونیکی مورد نظر در بویه وصل میگردد. در طرف کاربر نیز، نیاز به استفاده از هیچ مدار خاصی نبوده و تنها با انجام یک تماس با تلفن همراه مورد استفاده در آن ها میتوان از این سیستم استفاده نمود. این سیستم امکانات زیر را دارا می باشد:
-1مطلع بودن سیسستم از وضعیت روشن یا خاموش بودن دستگاه
-2امکان تغییر وضعیت دستگاه
-3تعیین مدت زمان روشن ماندن دستگاه و ارسال پیغام براي کاربر متناسب با وضعیت دستگاه. -4امکان تعیین تعداد بوق خوردن و وصل شدن به دستگاه ها 1) تا ( 9
-5رمز نگاریی سیستم ورودي جهت عدم دسترسی سایر افراد به دادههاي اندازه گیري شده توسط بویهها جهت اهداف نظامی
-6امکان برقراري ارتباط با بویهها از فاصله صدها کیلومتر
-7امکان کنترل تجهیزات بویهها در حین مکالمه بدون قطع تماس
تشخیص و شمردن سیگنال زنگ
سیگنال زنگ یک موج سینوسی است که بر روي ولتاژ DCسوار است .این مدار باید بتواند سیگنال زنگ ارسالی از مرکز تلفن را آشکار کرده و سیگنالی قابل اطمینان را به پردازنده انتقال دهد.عمل آشکار سازي زنگ توسط مدار شکل (4) انجام می شود.
همانطور که در شکل (4) دیده میشود وقتی گوشی تلفن همراه ماهوارهاي نصب شده در بویه زنگ میخورد جهت گرفتن خروجی از تلفن همراه، از هدست گوشی استفاده میشود. خروجی هدست در ابتدا به یک خازن C1که وظیفه آن، جدا کردن جریانDC از AC میباشد، متصل میشود.
در این مدار به دلیل پایین بودن ولتاژ خروجی هدست از 5 ولت، یک ترانزیستور جهت تقویت ولتاژ و یک دیود زنر جهت تثبیت آن به کار میرود سپس ولتاژ به اوپتوکوپلر که خود به PD2 یا وقفه میکرو متصل میباشد، اعمال میگردد. علت استفاده از اوپتوکوپلر جداسازي زمینها و ایزولاسیون خط و همچنین ایجاد پالسی با دقت بالا میباشد.در میکروکنترلر نشان داده شده در شکل (4) قسمتهایی با نام وقفه تعبیه شده است که پس از دریافت وقفهها توسط آن از مدار آشکارساز زنگ، میکرو باید دستور آزاد کردن خط را صادر نماید.
پایین آوردن امپدانس خط (برداشتن گوشی)
از آنجایی که این مدار باید بتواند به صورت خودکار بعد از تعداد زنگ معین به خط تلفن متصل شود از یک رله استفاده میشود که پایه تحریک این رله به یکی از پایههاي میکرو کنترلر متصل است از آنجا که در سیگنال ورودي به رله با وجود بالا بودن افت شدیدي مشاهده میشود از یک بافر که به صورت ترانزیستور دو طبقه است استفاده میشود بعد از تحریک رله مقاومت وارد مدار میشود و با آمدن این مقاومت در مدار ولتاژ خط افت زیادي میکند و جریانی ایجاد میشود که موجب برقراري ارتباط با شخص تماس گیرنده میشود. به عبارت دیگر میکرو کنترلر پس از دریافت وقفهها از مدار آشکار ساز زنگ باید دستور آزاد کردن خط را صادر کند، این کار توسط رله که خود نیز توسط ترانزیستور راه اندازي میشود، انجام میپذیرد.
