75kHz自容式声学多普勒流速剖面仪技术规格书中国科学院声学研究所2014年3月目录1 简介 (1)2 主要性能指标 (1)3 接口 (3)3.1 电气接口 (3)3.2 安装接口 (4)3.3 数据接口 (4)3.3.1 命令格式 (6)3.3.2 输出格式 (16)1 简介75kHz自容式声学多普勒流速剖面仪（Self-contained Acoustic Doppler Current Profilers，ADCP）采用多普勒原理测量其自身相对海流的运动速度，壳体为铝合金材料，整机耐压3000米，最大测流量程500米，广泛用于海洋流场长期定点观测，实物照片如图1所示。
图1 多普勒流速剖面仪照片2 主要性能指标（1）工作频率：75kHz（2）测速范围：±10m/s（3）准确度：±1%测量值±0.5cm/s（4）测流层数：1～128层；分层厚度：4，8，16，32m（5）测流最大作用距离：500m 1（6）数据接口：RS422；波特率：300至11520，缺省9600（7）内置压力、温度、方位和姿态传感器（8）数据内存容量：2GB（9）功耗：30V供电时，待机功耗小于20mW，低功率发射时功耗小于5W，高功率发射时功耗小于25W（10）电源：直流输入，24-50V；4个550WH电池组，开路电压40～42V （11）主机外径：φ561mm⨯1037mm（不包含插座高度），壳体材料：铝合金；相关尺寸见图2（12）环境适应性：工作温度：-5︒C--+45︒C；储存温度（不含电池）：-30︒C --+50︒C （13）最大工作水深：3000m（14）重量：95kg（空气中）/约58kg（水中）注：1，流散射强度不低于-70dB条件下图2 3000米耐压75kHz自容式ADCP外形尺寸3 接口3.1 电气接口在ADCP的上部有2个插座，分别为9芯的工作接口（采用Subconn公司MCLPBH9MSS型插座）和7芯网络测试接口（采用Subconn公司MCLPBH7MSS 型插座），信号定义见图1和表2；1）工作接口供电电压范围为电压范围为24～50V；数据通讯采用RS422形式，缺省通讯设置波特率为9600，1位停止位，无校验，ADCP通过RS422接口接收主控计算机的命令同时把测量数据发送给主控计算机，软件协议见3.3数据接口部分。
RS422电平转换芯片型号为MAX3491EESD。
同步信号可通过跳线选择（需打开ADCP后盖进行跳线，默认为RS485接口）为光耦隔离的5V CMOS电平或RS485信号（Trigger+、Trigger-分别对应RS485信号A、B），可通过软件选择为输入同步或输出同步，输入同步时脉冲宽度需不小于2ms，输出同步时脉冲宽度固定为20ms。
2）调试接口测试接口一般做调试用，可对ADCP的使用进行相对复杂的设置和调试，采用10M以太网接口。
3.2 安装接口ADCP与载体的安装主要通过抱瓦安装。
）加工相应的抱瓦，通过抱瓦实现与载体的需根据ADCP筒体直径（202安装，图3是ADCP通过抱瓦安装在支架上的情况。
图3 抱瓦安装方式3.3 数据接口ADCP配置参数可以通过10Mbps以太网接口实现，在这种方式只需把调试电缆接上其7芯插座，并在计算机上运行显控软件ADCPPanel，按照操作说明即可完成对ADCP所有工作参数的配置，并获取ADCP测量的实时结果数据和内记结果数据。
为与国外产品兼容，也可以通过RS422串口完成ADCP的配置，其测量的结果数据也可以通过串口输出，在串口配置情况下，命令格式、数据输出格式都与RDI公司ADCP现有格式保持兼容，并对数据输出格式做了适当简化，具体可参考RDI公司ADCP文档“WorkHorse Commands and Output Data Format.pdf”，目前软件能实现的串口命令格式和数据格式见3.3.1和3.3.2，若需要实现其它串口命令和输出格式，则需对软件进行定制。
ADCP共有四种状态，即工作状态、参数配置状态、休眠状态和断电状态，其中工作状态为ADCP正常测量状态；休眠状态为ADCP休眠，此时ADCP进入低功耗模式；参数配置状态为ADCP停止工作，等待接收用户的参数配置命令；断电状态为ADCP彻底断电。
以下主要介绍在使用串口情况下对ADCP进行配置的命令格式和数据格式。
首先，ADCP采用了一个较为特殊的命令，该命令不更改ADCP的配置参数，只用于ADCP状态的切换，即Break命令，用串口的Break状态（Break状态不是串口输出的某个特定字符，而是一种串口的状态，从物理电平上看就是串口的输出从闲态的逻辑1变化为较长持续时间的逻辑0，持续时间一般需大于200ms，之后再次变为逻辑1）实现。
工作状态下，Break命令用来停止ADCP的工作使其进入参数配置状态；如果ADCP处于休眠的状态，用Break可以唤醒ADCP，并进入参数配置状态。
需注意如果ADCP处于断电状态，则在上电后直接进入工作状态，而RDI 公司ADCP在更换电池后先进入休眠状态，用法略有不同，这里的更改主要是出于具体使用方便的考虑，具体如图4所示：图4 ADCP主机状态切换示意图其它命令采用“字母数字回车”格式，如” WS3200<CR>”表示将层厚设置为3200cm，命令应答方式为将收到的字符原封不动地回复给上位机作为应答；用户可以采用通用的串口软件实现对ADCP的控制。
数据输出有两种协议：PD0格式、PD6格式，均为RDI公司ADCP规定的标准格式；其中PD0格式包含了ADCP可提供的全部数据内容，为二进制格式，PD6为RDI专为ADCP设计的格式，用ASCII码表示，不输出测流数据。
3.3.1 命令格式根据目前项目需求，只实现了部分RDI公司ADCP的命令，<CR>表示回车符，具体命令如下：CS功能：开始工作格式：CS<CR>描述：命令ADCP进入工作状态举例：CS<CR>CB功能：设置串口通信参数(波特率、校验位、停止位)格式：CBnnn<CR>描述：第一个n表示波特率，第二个n表示校验位，第三个n表示停止位，具体如下表所示：举例：CB411<CR>默认：CB411<CR>Break功能：中断或唤醒格式：串口Break状态，至少保持400ms描述：命令ADCP进入参数配置状态举例：串口Break状态，等待串口提示ADCP收到BreakCK功能：保存参数配置格式：CK<CR>描述：将目前的ADCP参数配置保存至非易失存储器，掉电后不丢失，ADCP重新上电后即采用该配置举例：CK<CR>CQ功能：调整发射功率格式：CQnnn<CR>描述：n nn表示发射功率，只能取000或255，000表示低功率发射，255表示高功率发射举例：C Q000<CR>，设置为低功率发射（除水池试验外，其它场合不建议使用）默认：CQ255<CR>CZ功能：休眠格式：CZ<CR>描述：命令ADCP进入休眠状态举例：CZ<CR>AF功能：校准姿态传感器的Heading值，去除环境磁场的影响格式：AF<CR>描述：发送该命令后，需转动ADCP，使其处于至少12种不同的姿态，否则会使姿态传感器失效，一般情况下不建议使用该命令。
举例：AF<CR>，然后转动ADCP，等待串口提示校准完毕AR功能：姿态传感器恢复出厂设置格式：AR<CR>描述：如果校准失败导致姿态传感器失效，可用该命令使姿态传感器恢复出厂设置举例：AR<CR>，等待串口提示恢复完成AZ功能：校准压力传感器格式：AZ<CR>描述：该命令需在空气中进行，校准压力传感器的0点举例：AZ<CR>，等待串口提示校准完毕BF功能：设置预估底深格式：BFnnnnn<CR>描述：nnnnn为预估底深，单位分米，0为不采用预估底深举例：B F01000<CR>，设置预估底深为100米，在100米深度的附近进行底搜索默认：B F00000BK功能：设置水团跟踪模式格式：BKn<CR>描述：n为0-3，具体如下表所示：举例：B K0<CR>，关闭水团跟踪模式默认：B K0BL功能：设置水团跟踪参数格式：BLmmm,nnnn,ffff<CR>描述：mmm为最小水层厚度(0-999分米)nnnn为近端边界(0-9999分米)ffff为远端边界(0-9999分米)BL命令设置了水团跟踪层，水团跟踪的结果可用作底ping结果无效时的参考值，当近端边界加最小水层厚度大于80%底深时，无水团跟踪ping，如下图所示：图5 水团跟踪的范围举例：B L160,320,480<CR>，设置最小水层厚度为16米，近端32米，远端48米默认：BL160,320,480<CR>BX功能：设置最大测底深度格式：BXnnnn<CR>描述：nnnn为最大底深，单位分米举例：B X2000<CR>，设置最大测底深度为200米默认：B X2000BP功能：设置测底帧数格式：BPnnn<CR>描述：nnn为帧数，只能为000或001举例：B P000<CR>，设置为不测底默认：B P001<CR>功能：设置盲区长度格式：WFnnnn<CR>描述：nnnn为盲区长度，单位厘米，最小176厘米举例：W F0200<CR>，设置盲区为2米默认：WF0176WC功能：设置测流相关系数门限格式：WFnnn<CR>描述：nnn为相关系数门限举例：W F051<CR>，设置相关系数门限为51/255= 0.2 默认：WF051WS功能：设置层厚格式：WSnnnn<CR>描述：nnnn表示具体层厚，单位厘米举例：W S0800<CR>，设置层厚为8米默认：WS0400WN功能：设置层数格式：WNnnn<CR>描述：nnn表示层数举例：W N020<CR>，设置测量20层默认：WN030功能：设置测流帧数格式：WPnnnnn<CR>描述：nnnnn表示帧数，只能为00000或00001举例：W P00000<CR>，设置为不测流默认：WP00001EX功能：设置坐标系格式：EXnnnnn<CR>描述：具体如下表所示：举例：EX10111<CR>，为船坐标系，采用Pitch和Roll修正，允许流层映射，允许三波束解算默认：EX10111<CR>ES功能：设置盐度千分比格式：ESnn<CR>描述：nn表示水体盐度千分比举例：E S35<CR>，设置盐度为千分之三十五默认：ES35<CR>EZ功能：设置传感器数据来源格式：EZcdhprst<CR>描述：具体如下描述：举例：E Z1111101<CR>默认：EZ1111101<CR>EC功能：设置声速的值格式：ECnnnn<CR>描述：nnnn表示声速的值，单位米每秒举例：E C1500<CR>默认：EC1500<CR>ED功能：设置换能器入水深度格式：EDnnnnn<CR>描述：n nnnn入水深度的值，单位分米，表示换能器入水深度采用手动值时的大小举例：E D00050<CR>，设置换能器入水深度为5米默认：ED00000<CR>TT功能：设置ADCP内部的实时时钟格式：TTccyy/mm/dd,hh:mm:ss<CR>描述：ccyy为年，范围1900-2099mm为月，范围01-12dd为日，范围01-31hh为小时，范围00-23mm为分钟，范围00-59ss为秒，范围00-59举例：TT2011/05/11,09:25:15<CR>，设置实时时钟为2011年5月11日，9点25分15秒SA功能：同步粗定时格式：SAxyz<CR>描述：x表示在ping之前发送(或等待)同步脉冲y固定为0z表示在何种类型的ping时发送(或等待)同步脉冲举例：如下表所示：默认：SA001<CR>SM功能：设置ADCP主从工作模式格式：SMn<CR>描述：n为0表示异步发射模式，这时同步相关命令全部无效n为1表示主机模式，发送同步脉冲n为2表示从机模式，等待同步脉冲举例：S M1 <CR>，设置ADCP为发送同步脉冲默认：SM0 <CR>PD功能：输出数据格式格式：PDn<CR>描述：n表示输出数据格式，可选为0或6举例：P D6<CR>，采用PD6格式默认：PD0<CR>RE功能：清空Flash存储空间格式：RE<CR>描述：擦除全部Flash空间，以便于重新存储新的数据举例：输入RE<CR>，等待串口提示擦除完毕RF功能：查看Flash剩余存储空间格式：RF<CR>描述：查看Flash剩余空间，以便于数据管理举例：输入RF<CR>，等待串口提示剩余存储空间3.3.2 输出格式ADCP输出格式目前主要兼容RDI公司使用广泛的PD0格式和PD6格式，也可以根据需求对软件进行修改后输出用户定制的其它数据格式。