海底觀測網的OUC-Raman節點現場機控制系統

劉曉瑞，亓夫軍，葉旺全，宋智愚，鄭榮兒

(中國海洋大學 光學光電子實驗室，山東 青島 266100)

海底觀測網的OUC-Raman節點現場機控制系統

劉曉瑞，亓夫軍，葉旺全，宋智愚，鄭榮兒

(中國海洋大學 光學光電子實驗室，山東 青島 266100)

為滿足海底觀測網絡對儀器節點的技術要求，本文設計實現了一套面向OUC-Raman儀器節點水下現場機的控制系統。該系統由電源管理模塊和控制器模塊組成，利用觀測網提供的電力和通信鏈路控制現場機內部的光譜探測系統和其他外部設備，以實現對海底化學環境的長期觀測。電源管理模塊能夠確保現場機的電氣特性滿足觀測網的要求，控制器模塊實現對現場機光譜探測系統和外部設備的有效控制。該控制系統配置了以PC104工控機和MSP430微控制器為核心的控制體系，允許岸基終端在線訪問現場機并實現對其工作模式的控制。該系統的相關功能在實驗室模擬調試和觀測網接駁聯調過程中得到了檢驗，結果表明該系統達到了接駁入網的標準，可望在海底觀測網上得到應用。

海底觀測網； OUC-Raman儀器節點； 電源管理； 控制器模塊； 系統冗余； 網絡通信； 電氣保護

隨著海洋科學研究的發展，海底觀測網絡成為海洋觀測技術的新興發展方向之一[1]，被稱為繼海(陸)平面與空中遙感之外的第三種觀測平臺[2]。海底觀測網絡能夠向海底科研節點提供充足的電力和通信鏈路，幫助其實現長期、實時、連續的獲取海洋環境信息[3]。目前國際上已經建立的海底觀測網有加拿大東北太平洋時間序列觀測網(North-East Pacific Time-series Undersea Networked Experiments, NEPTUNE)[4]，美國的蒙特里加速研究系統(Monterey accelerated research system, MARS)[5]和OOI計劃下的區域尺度節點(regional scale node, RSN)[6]。我國近年來對海底觀測網關鍵技術的研發取得了重要進展[7-9]，海底網的建設工作也已展開[10-11]。海底觀測網的建設對傳感器的長期運行能力和自動化程度提出了更高要求。激光拉曼光譜技術由于具有原位、實時、多物質同時非接觸探測等優點，是對深海化學環境的有效探測手段[12-13]。為了將深海激光拉曼光譜探測系統[14]應用于正在建設中的海底觀測網，本文根據海底觀測網的相關電氣標準對其現場機進行升級改造，以期達到觀測網對水下儀器節點的要求。

1 OUC-Raman水下現場機總體設計

應用于海底觀測網的激光拉曼儀器節點(OUC-Raman instrument node)由岸基終端和OUC-Raman現場機兩部分組成(總體結構如圖1所示)。OUC-Raman現場機通過濕插拔水密接頭掛載到觀測網的接駁盒上，獲取電源供應并通過以太網和岸基終端通信。

如圖1所示，岸基終端通過海底觀測網提供的以太網絡實時訪問OUC-Raman現場機并獲取光譜數據及艙內設備的工作狀態。OUC-Raman現場機是進行水下光譜探測的執行機構，包括一套電子控制系統、兩套雙備份光譜探測系統以及配套的外部設備，表1中給出了具體的設備列表。其中，光譜探測有單系統或雙系統兩種工作模式，并由岸基終端進行控制。外部設備包括清洗電機和水下攝像機，前者用于定期清理光學窗口，后者用于監視現場機的工作環境。

圖1 基于海底觀測網的OUC-Raman儀器節點總體結構Fig.1 Diagram of OUC-Raman instrument node in seafloor observatory network

Table 1 Power consumption of devices in underwater system of OUC-Raman

設備及模塊額定功耗/W控制系統≤15光譜探測單系統工作(D1或D2)<55雙系統工作(D1和D2)≤70外部設備外部設備P1(水下攝像機)外部設備P2(清洗電機)≤25功耗總計≤110

海底觀測網接駁盒有48 V DC和375 V AC兩種電源接口可選，其中前者額定功率為240 W。從表1顯示的設備功耗統計可以看出，OUC-Raman現場機的最大功耗為110 W，因此選擇駁盒48V DC接口即可滿足系統用電需求。

圖2是OUC-Raman現場機控制系統的總體組成。該系統由電源管理模塊和控制器模塊組成。電源管理模塊包括對輸入電源進行調理的前級保護模塊和電壓變換模塊兩部分，主要保證艙內控制器和系統負載的用電安全。控制器模塊由PC104工控機和MSP430微處理器控制電路組成，實現與岸基工控機的通信以及對現場機內各種設備的綜合控制。

圖2 水下現場機控制系統總體組成Fig.2 General structure of underwater control system

2 電源管理模塊設計

在海底觀測網以及相關儀器節點的設計過程中，可靠性占據首要地位。為了保證水下供電體系的整體安全，觀測網制定了一系列用電標準并采取主動策略加以管理[15]。當水下節點設備的用電參數超出規定時，次級接駁盒會自動切斷與違規設備的電氣連接并報警。一般電氣設備在上電時，其內部容性組件的充電效應會在供電線路上產生一個遠大于額定值的瞬態電流。如果OUC-Raman現場機的開機瞬態電流超出了觀測網電氣標準，接駁盒的保護機制將會自動觸發并造成現場機無法開機。

在傳統的瞬態保護電路中通常使用無源器件(如Zener二極管、TVS管等)保護下級電路。這些器件在原理上都是針對過壓保護設計的，當電源端出現過壓現象時，無源器件能通過調節自身阻抗達到分流穩壓的作用。在海底接駁場合，這種傳統的保護機制可能會導致系統總電流激增轉而觸發次級接駁盒的過流保護。因此，OUC-Raman現場機控制系統采用了專門的前級保護模塊來管理與接駁盒之間的電能傳輸，其結構如圖3所示。

圖3 控制系統電源前級保護模塊Fig.3 Diagram of power protector in control system

OUC-Raman現場機的前級保護模塊分為輸入濾波器、防沖擊模塊和電氣信號采集三部分。防沖擊模塊是前級保護模塊的核心，可以分別檢測出輸電線路上的過壓、過流事件并通過控制電力器件的開關來給予快速平抑。隔離采集模塊能夠實現對輸入電壓，電流的隔離采集，用于計算現場機的總功率。

電壓變換模塊處于電源管理模塊的后端，通過DC-DC模塊對輸入OUC-Raman現場機的總電源進行調理變換，將48 V DC總電源轉換為各種設備需要的24、12、5 V等電源(如圖2所示)。為了保證整個供電體系在深海環境下安全工作，OUC-Raman現場機采用了隔離型DC/DC模塊分級冗余供電的方案提高供電體系的可靠性。電壓變換體系的每一級供電單元均配置有電壓/電流檢測和開關電路，采集到的電氣信號由控制器軟件判斷并控制電源輸出開關的通斷。

3 控制器模塊設計

控制器模塊由PC104工控機和MSP430微處理器控制電路兩部分組成。兩種控制器之間通過串行總線相連接，應用層遵循Modbus總線協議標準。

3.1 PC104控制器設計

PC104工控機是OUC-Raman現場機和岸基終端之間的通信樞紐，對外它通過交換機與接駁盒以太網接口對接[16-17]，接收并執行岸基終端的指令；對內它是現場機內部Modbus總線的主機，負責分發岸基終端的指令使光學設備和硬件電路做出響應。

如表2所示，PC104不僅上傳拉曼光譜數據，還會實時反饋現場機艙內的環境和電氣參數，為有效操作艙內設備提供判據。在數據傳輸過程中光譜數據以文件流的形式傳輸，艙內電氣與環境數據是以Modbus總線數據/指令幀的形式進行傳輸。

表2 PC104與岸基控制端通信數據分類

Table 2 Classification of communication data between PC104 and shore-based terminal

數據種類傳輸格式實現功能光譜數據文本文件每次光譜探測結束后封裝上傳儀器參數艙內信息總線數據幀設置光譜探測系統參數，讀取艙內溫度、濕度和電氣信號電源控制外部設備操作總線指令幀控制供電模塊開關，操作深海攝像頭和清洗電機

光譜設備控制是PC104工控機的重要功能，為了保證拉曼光譜數據的準確性，PC104工控機需要對OUC-Raman現場機內部的光譜探測系統進行動態調整。通過PC104工控機，岸基控制端可以根據現場機內部的運行狀況在線調整激光器參數或者重新標定光譜儀的波長參數，保證光譜數據的準確性。當現場機完成一次光譜探測后，PC104都會將光譜數據連同艙內信息一并上傳到岸基終端。PC104工控機控制軟件工作流程圖如圖4所示。

圖4 控制器模塊PC104軟件工作流程圖Fig.4 Program diagram of PC104′s software in controller module

PC104的控制軟件需要完成對OUC-Raman現場機電氣特性的檢測與維護, 由于OUC-Raman現場機內的設備異常與特定故障原因的相關性較為復雜，因此PC104控制軟件采用了模糊專家系統對現場機內部傳感器信息進行融合推理(如圖5所示)。模糊專家系統設定現場機信息采集矢量 U0={S,A,O}作為輸入量,其中S={s1,s2,…,sm}表示兩個設備艙與艙內光譜設備的開關狀態, A={a1,a2,…,an}表示現場機內采集的模擬量，包括艙內的溫濕度與主要設備的電氣參數，O={o1,o2,…,ok}表示現場及內部PC104和MSP430的通信效率(丟包率)。

圖5 工控機模糊專家系統運行流程圖Fig.5 Diagram of PC104′s fuzzy controller

如圖5所示，工控機控制軟件提取信息采集矢量完畢后，會將每個元素分別映射到各自的論域后進行模糊化處理。模糊推理模塊根據模糊化的輸入矢量診斷出可能的系統故障和可能的誘因。采集矢量的論域映射參數和模糊變量的推理邏輯分別存儲在數據庫和規則庫中，可以靈活地進行更新替換。

本文以光譜探儀故障診斷這個有限集合為例，光譜儀故障設置為運行異常、運行預警和正常運行三個模糊輸出(依次對應數字0、1、2)。與之相關的診斷依據包括光譜探測系統輸入功率(分為過低、偏低、正常、偏高、過高五個模糊狀態，依次對應數字1～5)、光譜儀制冷溫度(分為偏低、正常、過高三個模糊狀態，依次對應數字0、1、2)以及光譜儀通信效率(對應異常、不穩和正常三個模糊狀態，對應數字0、1、2)，每個判據的隸屬度函數如圖6所示。

圖6 光譜儀故障診斷判據的隸屬度函數Fig.6 Membership function of criteria for spectrometer operation diagnosis

通過隸屬度函數將輸入參數模糊化為語言變量后，模糊推理模塊會將輸入參數與規則庫比對得出診斷結果。規則庫中存儲的是一系列邏輯映射集合(如表3所示)。當輸入推理模塊的模糊變量滿足其中某一組合后，控制軟件會輸出診斷結果及可能的誘因 (功率不穩導致通信異常，制冷效果不佳等)。值得注意的是，光譜儀制冷模塊的運行負荷變化可能會引起光譜探測系統功率出現波動，在診斷邏輯中將與之相關的邏輯組合視為正常運行狀態。

表3 光譜儀故障診斷邏輯對照表

3.2 MSP430控制器設計

MSP430控制器主要實現對底層電路的信息采集和控制功能，其結構如圖7所示。MSP430控制模塊中配備有AD采集電路和溫濕度傳感器，在系統運行過程中可以采集水下現場機內部的電源監控信號和環境信息，然后通過內部總線傳送給PC104工控機和岸基終端。

圖7 MSP430控制模塊結構圖Fig.7 Diagram of controller module based on MSP430 processor

MSP430微處理器控制電路中集成有基于定時器的嵌入式控制軟件，通過串行總線接收來自PC104主機的指令同時完成系統各種信號的采集任務。嵌入式軟件內部集成了Modbus通信協議，其工作流程結構如圖8所示。

圖8 控制器模塊MSP430軟件工作流程圖Fig.8 Program diagram of MSP430′s software in controller module

由于嵌入式系統內部資源較為有限，因此在設計中將接受緩存區以環形棧的形式加以實現，有效防止了數據溢出。當Modbus數據流到達，MSP430模塊首先將數據流存儲在環形棧中，然后通過定時器算法將數據流拆分為有效的數據幀，最后通過解析器將發往本機的數據幀壓入幀隊列等待前臺處理。在實際運行時，總線任務與通信任務工作在非阻塞狀態下，避免了對主控任務的干擾。嵌入式軟件緩沖區與消息隊列設計如圖9所示。

圖9 MSP430接收緩存區設計Fig.9 Design of MSP430′s modbus packet buffer

3.3 冗余控制方案

在OUC-Raman現場機控制系統中PC104工控機負責鏈接現場機內外網絡間的通信，是控制系統可靠性的薄弱環節。為了提高控制系統的整體穩定性，現場機內部的工控機采用了如圖10所示的雙備份冗余方案。

圖10 PC104雙備份冗余方案Fig.10 Dual-redundancy solution of PC104 controllers

在雙控制器冗余控制方案中的兩臺PC104工控機各自具有獨立的網絡地址。作為主機的PC104在運行過程中需要通過總線向MSP430模塊發送周期性的心跳信號表征自身工作狀態。如果MSP430模塊在規定的時間沒有收到來自工控機的心跳信號，將自動切換供電次序轉而啟動備份工控機接管水下現場機。

4 性能測試與現場聯調

對OUC-Raman現場機的性能測試包括實驗室模擬調試和為期36 d的觀測網接駁聯調。在實驗室模擬調試中使用48 V外部電源向現場機供電，岸基控制端通過室內局域網對現場機進行控制和數據交互。在接駁聯調中OUC-Raman現場機與正在建設的觀測網接駁盒進行物理接駁，岸基終端在控制室中對水池中的現場機進行控制操作。在測試過程中對OUC-Raman現場機的電氣特性、艙內環境監測功能和通信功能進行了檢驗，其中對電氣特性和環境監測功能的測試主要是在實驗室模擬調試過程中完成的。

4.1 電氣特性測試

對OUC-Raman現場機的電氣特性測試首先是檢驗其運行功耗，在實驗室90 h的模擬調試過程中，岸基終端實時獲取了現場機所監測的總功率和內部設備功率(D1探測模式)，結果如圖11所示。

圖11 OUC-Raman現場機設備功耗90 h模擬調試監測結果Fig.11 Power consumption of devices of underwater system in 90 h operation test

從圖11中可以看出，OUC-Raman現場機在整個測試過程中自身總功耗穩定在100 W以下(86～92 W，如圖11曲線a)，與表1計算結果吻合。與此同時外部設備功率(攝像頭和清洗電機總功率，如圖11曲線b)和P控制系統功率(如圖11曲線c)也都滿足設計指標(表1所示)。在測試過程中現場機進行過一次重啟操作(圖11中TM時段)，對重啟上電瞬間的電壓與電流波形進行了記錄，記錄結果如圖12所示。

圖12 OUC-Raman現場機上電瞬間電源線路波形Fig.12 Wave pattern in power line during OUC-Raman underwater system starting up

從圖12可以看出，OUC-Raman現場機的開機沖擊電流受到了電源前級保護模塊的平抑，表4列出了現場機電氣特性參數與觀測網絡電氣標準的對比。

根據波形記錄與觀測網參數標準對比可以看出，OUC-Raman現場機自身的電氣特性在額定功率和瞬態特性上均滿足海底觀測網的相關電氣標準并保持一定裕量。

表4 沖擊電流測試結果與觀測網標準對比

Table 4 Comparison of the results in rush current test with seafloor observatory network standard

指標電流閾值/A過流時間閾值/ms額定功耗/W峰值功率/W現場機測試指標613≤90≤92觀測網入網標準7<5<200<240系統裕量/%87455612

4.2 艙內環境監測

在實驗室模擬調試中，還實時監測了艙內環境參數，監測數據如圖13所示。

圖13 艙內環境90 h(2015.10.1 19∶38-2015.10.5 13∶46)模擬調試監測結果Fig.13 Environmental parameters recording in 90 hours (from 19∶38 of Oct. 1 to 13∶46 of Oct. 5, 2015) operation test

從圖13的數據記錄中發現，在經過TM時段的重啟操作后OUC-Raman現場機艙內的環境參數(溫度、濕度、氣壓)均出現了不同程度的波動。這是因為激光器在剛啟動時暫時工作在高功率狀態，散發的多余熱量導致了艙內溫度、濕度和壓強數據的變化。現場機艙內環境參數在圖13中波動的起始時刻t1、峰值時刻t2以及結束時刻t3與光譜探測系統的功率變化基本吻合，控制軟件內的故障診斷模塊也對這一現象做出了正確識別，沒有觸發運行預警。

4.3 通信測試

對OUC-Raman現場機通信功能的測試分為三個階段，主要測試內容是岸基終端和現場機之間光譜文件和總線數據的傳輸狀況。第一階段的測試是在實驗室模擬調試過程中完成的，測得了90 h實驗室模擬調試過程中的數據傳輸效率。實驗室模擬調試后OUC-Raman現場機參加了接駁聯調試驗。由于聯調現場環境較實驗室環境更加復雜，現場機的數據傳輸成功率在測試前一階段較實驗室模擬調試階段有所下降，并發現存在初始化光譜儀失敗和PC104備份機誤切換等問題。針對以上問題，在接駁聯調測試后期對現場機控制軟件進行了相應的改進，修改了PC104工控機的控制軟件并優化了對光譜儀的控制時序。三個階段的測試結果如表5所示。

表5 OUC-Raman現場機通信功能測試結果

Table 5 Result of communication test for underwater system

測試階段傳輸數據類型現場機應傳數據量岸基終端接收數據量傳輸正確率/%模擬調試光譜文件20162016100總線數據幀388635969253接駁聯調1光譜文件59515951100總線數據幀13001117459034接駁聯調2光譜文件24332433100%總線數據幀473745209542

通過對比表5數據可以看出，現場機與岸基終端之間的光譜文件傳輸效率始終穩定在100%，總線通信效率在經過接駁聯調測試中的改進后也較前兩個階段有所提高。

5 結論

1)針對海底觀測網的應用需求設計的冗余體系和電氣保護模塊能夠提高OUC-Raman節點現場機的可靠性，在改善系統的動態電氣特性的同時也達到了觀測網的安全標準要求。

2)現場機系統需要在海底長期自動運行，本文根據其工作特點設計了一種冗余控制體系，實際測試證明該設計能夠滿足現場機系統對可靠性的要求。在實際運行過程中，岸基控制端可以通過觀測網提供的以太網鏈路實時分析光譜數據并監控現場機內部儀器的運行情況，識別并平抑可能發生的設備異常。

3)對于OUC-Raman現場機在水下長期運行作業中可能出現的故障，本文設計并實現了一種基于模糊控制理論的故障檢測算法。工控機內模糊專家系統可以融合現場機內收集的各種傳感器信息綜合分析系統的運行狀態，準確識別系統的內部異常并為岸基控制端的操作人員提供解決方案。

對OUC-Raman現場機進行的實驗室模擬調試和觀測網接駁聯調的結果顯示該系統滿足接駁入網的標準，進一步的海上試驗和數據分析將是我們下一步研究的重點。

[1]朱心科, 金翔龍, 陶春輝, 等. 海洋探測技術與裝備發展探討[J]. 機器人, 2013, 35(3): 376-384. ZHU Xinke, JIN Xianglong, TAO Chunhui, et al. Discussion on development of ocean exploration technologies and equipments[J]. Robot, 2013, 35(3): 376-384.

[2]汪品先. 從海底觀察地球——地球系統的第三個觀測平臺[J]. 自然雜志, 2007, 29(3): 125-130. WANG Pinxian. Seafloor observatories: the third platform for earth system observation[J]. Chinese journal of nature, 2007, 29(3): 125-130.

[3]MORAN K. Canada′s cabled ocean networks humming along[J]. Eos, transactions American geophysical Union, 2013, 94(2): 17-19.

[4]BARNES C R, BEST M M R, JOHNSON F R, et al. Challenges, benefits, and opportunities in installing and operating cabled ocean observatories: Perspectives from NEPTUNE Canada[J]. IEEE journal of oceanic engineering, 2013, 38(1): 144-157.

[5]MASSION G. MARS: The Monterey accelerated research system[J]. Sea technology, 2006, 47(9).

[6]YINGER P, TENNANT P, REARDON J, et al. Commissioning of a system that terminates on the seafloor[C]// Oceans,San Diego, 2013: 1-6.

[7]汪品先. 從海洋內部研究海洋[J]. 地球科學進展, 2013, 28(5): 517-520. WANG Pinxian. Oceanography from inside the ocean[J]. Advances in earth science, 2013, 28(5): 517-520.

[8]CHEN Yanhu, HOWE B M, YANG Canjun, et al. Actively controllable switching for tree topology seafloor observation networks[J]. IEEE journal of oceanic engineering, 2015, 40(4): 993-1002.

[9]楊燦軍, 張鋒, 陳燕虎, 等. 海底觀測網接駁盒技術[J]. 機械工程學報, 2015, 51(10): 172-179. YANG Canjun, ZHANG Feng, CHEN Yanhu, et al. Technologies of junction box for seafloor observation network[J]. Journal of mechanical engineering, 2015, 51(10): 172-179.

[10]呂楓, 周懷陽, 岳繼光, 等. 東海纜系海底觀測試驗網電力系統設計與分析[J]. 儀器儀表學報, 2014, 35(4): 730-737. LYU Feng, ZHOU Huaiyang, YUE Jiguang, et al. Power system design and analysis for the East China Sea experimental cabled seafloor observatory network[J]. Chinese journal of scientific instrument, 2014, 35(4): 730-737.

[11]吳邦春, 彭曉彤, 周懷陽, 等. 基于海底觀測網的深海化學監測系統的設計[J]. 儀器儀表學報, 2011, 32(5): 1171-1176. WU Bangchun, PENG Xiaotong, ZHOU Huaiyang, et al. Design of deep-sea chemical monitoring system based on ocean observatory[J]. Chinese journal of scientific instrument, 2011, 32(5): 1171-1176.

[12]ZHANG Xin, WALZ P M, KIRKWOOD W J, et al. Developmentand deployment of a deep-sea Raman probe for measurement of pore water geochemistry[J]. Deep sea research part I: oceanographic research papers, 2010, 57(2): 297-306.

[13]ZHANG Xin, KIRKWOOD W J, WALZ P M, et al. A review of advances in deep-ocean Raman spectroscopy[J]. Applied spectroscopy, 2012, 66(3): 237-249.

[14]DU Zengfeng, LI Ying, CHEN Jing, et al. Feasibility investigation on deep ocean compact autonomous Raman spectrometer developed for in-situ detection of acid radical ions[J]. Chinese journal of oceanology and limnology, 2015, 2(33): 545-550.

[15]LI Xiu, ZHOU Linfei, GAO Fuxin. Application of SOA in the prototype system for seafloor observatory Network[C]// International Conference on Service Sciences, 2013: 139-142.

[16]盧漢良, 李德駿, 楊燦軍,等. 深海海底觀測網絡水下接駁盒原型系統設計與實現[J]. 浙江大學學報：工學版, 2010, 44(01): 8-13. LU Hanliang, LI Dejun, YANG Canjun, et al. Design and implementation of underwater junction box prototype system for deep seafloor observatory network[J]. Journal of Zhejiang University: engineering science, 2010, 1: 8-13.

[17]李德駿, 汪港, 楊燦軍, 等. 基于 NTP 和 IEEE1588 海底觀測網時間同步系統[J]. 浙江大學學報: 工學版, 2014 (1): 1-7. LI Dejun, WANG Gang, YANG Canjun, et al. NTP/IEEE1588-based time synchronization system in seafloor observatory network[J]. Journal of Zhejiang University: engineering science, 2014, 48(1): 1-7.

本文引用格式：

劉曉瑞，亓夫軍，葉旺全，等. 海底觀測網的OUC-Raman節點現場機控制系統[J]. 哈爾濱工程大學學報， 2017， 38(8): 1216 -1222.

LIU Xiaorui, QI Funjun, YE Wangquan, et al. Underwater control system of ouc-raman instrument node for seafloor observatory network[J]. Journal of Harbin Engineering University， 2017， 38(8): 1216 -1222.

Underwater control system of OUC-Raman instrument node for seafloor observatory network

LIU Xiaorui, QI Funjun, YE Wangquan, SONG Zhiyu, ZHENG Ronger

(Lab of Optics and Optoelectronic, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

To meet a seafloor observatory network′s requirements for instrumental nodes, an underwater control system of an OUC-Raman instrument was developed. The system consists of a power management module and controllers. It extracts power and Ethernet order from a seafloor observatory network to manipulate internal spectral devices and other outer devices. The power management module ensures that the electronic character of the on-the-spot instrument meets the standard of seafloor networks. The controller module, which is configured with PC104 and MSP430 units, realizes effective control of the spectral detection system of the on-the-spot instrument and outer devices, as well as enables a shore-based terminal to manipulate underwater instruments. Through the control system, the shore-based terminal could access the OUC-Raman instrument node in real time to set operation parameters and collect data. The system was subjected to several tests with satisfactory results. The developed system is expected to be used in seafloor observatory network in the near future.

seafloor observatory network; OUC-Raman instrument node; power management; controller module; systematic redundancy; Ethernet communication; electric protection

2016-04-27.

日期：2017-04-27.

國家高技術研究發展計劃(2012AA09A405).

劉曉瑞(1991-), 男, 博士研究生; 亓夫軍(1964-), 男, 副教授; 鄭榮兒(1959-), 女, 教授, 博士生導師.

亓夫軍, E-mail：qd01232@163.com.

10.11990/jheu.201604086

P715.5

A

1006-7043(2017)08-1216-07

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20170427.1510.078.html