我國海洋資源豐富,海洋安全也變得日益重要,隨著海洋探測浮標(biāo)的出現(xiàn),其在海洋安全維護(hù)中扮演越來越重要的角色。本文提出了一種融合多類傳感器、可無線通信的海洋浮標(biāo),可以收集多種環(huán)境資料,用于目標(biāo)探測,并且面向大數(shù)據(jù)量設(shè)計了無線通信系統(tǒng),實現(xiàn)采集信息的傳輸,針對浮標(biāo)的長時間工作,設(shè)計了可進(jìn)行太陽能收集的電源管理系統(tǒng)。針對海洋目標(biāo)探測的需求,進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計,集成了傳感器控制電路、傳感器前置放大電路、AD模塊等。針對浮標(biāo)數(shù)據(jù)的回收,設(shè)計了無線通信系統(tǒng),主要由主控、無線喚醒、功率放大、SD卡、GPS等模塊組成。針對太陽能收集以及浮標(biāo)長時間的工作,設(shè)計了電源管理系統(tǒng),硬件部分主要由太陽能采集、電池充電監(jiān)測和電壓轉(zhuǎn)換等構(gòu)成。根據(jù)浮標(biāo)系統(tǒng)硬件方案,對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計,實現(xiàn)了各部分電路的初始化以及對聲信號、磁信號和姿態(tài)數(shù)據(jù)等環(huán)境信息的準(zhǔn)確采集,并配合無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。無線通信系統(tǒng)在軟件層面進(jìn)行了低功耗設(shè)計,包括通信策略和喚醒策略等。提出了電源管理策略,在電池當(dāng)前電量和太陽能板的輸出功率基礎(chǔ)上,配合電壓轉(zhuǎn)換模塊對采集模式進(jìn)行調(diào)整,提高了浮標(biāo)電子系統(tǒng)電源使用率。最后測試整個浮標(biāo)的電... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

小型波浪浮標(biāo)[24]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3圖1-1小型波浪浮標(biāo)[24]截至到2007年，德州農(nóng)工大學(xué)設(shè)計了多種TABS浮標(biāo)。這些浮標(biāo)現(xiàn)在被放置在墨西哥灣用于監(jiān)測當(dāng)?shù)氐暮Ｑ鬆顩r[25]。2008年克羅地亞的TomislavTomia設(shè)計了一款具有多種通訊方式的浮標(biāo)，并且浮標(biāo)搭載了太陽能收集板，可以為整個浮標(biāo)系統(tǒng)供電，有效的解決了浮標(biāo)系統(tǒng)的電量供應(yīng)，讓浮標(biāo)系統(tǒng)的工作時間大大延長[26]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，比如水下物聯(lián)網(wǎng)[27]、無人飛行器(UAV)輔助的傳感數(shù)據(jù)收集[28]、便攜式耐用的電源等技術(shù)應(yīng)用[29]，浮標(biāo)向著更智能、體積小和集成度高的方向發(fā)展。法國國家海洋研究機構(gòu)于2015年開發(fā)了COSTOF2多傳感器海洋觀測的智能解決方案，如圖1-2所示。其擁有模塊化和可靠的體系結(jié)構(gòu)，同時增加了支持的傳感器數(shù)量以及通信帶寬，支持以太網(wǎng)傳輸，改善了帶寬配置界面和同步精度。此外還增加了新功能，例如電壓可調(diào)節(jié)的電源，數(shù)據(jù)鏈路配置功能和連接性的增強以支持幾種不同類型的調(diào)制解調(diào)器。而且搭載Linux操作系統(tǒng)更好的執(zhí)行探測任務(wù)[30]。圖1-2COSTOF2浮標(biāo)[30]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文4意大利佛羅倫薩大學(xué)工業(yè)工程系在2019年開發(fā)了一種自動浮動浮標(biāo)，如圖1-3所示。這種自動移動浮標(biāo)的主要功能之一是通過超短基線(USBL)定位水下目標(biāo)，例如自主水下航行器(AUV)，并與它們進(jìn)行通信；此外，可以為浮標(biāo)裝備傳感器或其他設(shè)備，例如用于檢測海底的照相機[31]。對服務(wù)質(zhì)量的需求不斷提高的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測[32]。圖1-3自動浮動浮標(biāo)[31]1.2.2國內(nèi)海洋浮標(biāo)研究現(xiàn)狀海洋浮標(biāo)技術(shù)研究在我國的發(fā)展相對落后于其他海洋強國，但是經(jīng)過不斷的摸索與實驗，已經(jīng)做到某些方面的追趕。1966年，我國成功設(shè)計了第一臺浮標(biāo)H23，浮標(biāo)為艇式結(jié)構(gòu)，可以測量多種海洋信息。1989年的FZS1-1讓我國小型資料浮標(biāo)的缺失得以補足，標(biāo)志著我國已經(jīng)成功進(jìn)入到小型浮標(biāo)設(shè)計領(lǐng)域，彌補了我國的技術(shù)空白，我國的浮標(biāo)技術(shù)取得了進(jìn)步[33]。近些年來，許多高校和科研機構(gòu)積極參與海洋技術(shù)研究，尤其是浮標(biāo)技術(shù)的研究。2004年，國家海洋技術(shù)中心設(shè)計了一種小型多類海洋環(huán)境信息監(jiān)測浮標(biāo)，如圖1-4所示，浮標(biāo)可以連續(xù)在海上工作長達(dá)24個月，每天8次的數(shù)據(jù)通信，采用衛(wèi)星通信定時發(fā)送，全年數(shù)據(jù)平均有效接收率不小于96%[34]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于浮標(biāo)監(jiān)測的連云港近海紫菜養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境特征[J]. 吳亞楠,李昱蓉,盧霞,孫美萍,盧高麗.  海洋開發(fā)與管理. 2020(04)
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[3]新興國家參與全球海洋安全治理的貢獻(xiàn)和不足[J]. 葛紅亮.  戰(zhàn)略決策研究. 2020(01)
[4]南中國�！癎-Argo”聲學(xué)浮標(biāo)目標(biāo)探測能力分析[J]. 王超,孫芹東,張林,張文清,田德艷.  應(yīng)用聲學(xué). 2019(06)
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[6]海洋資料浮標(biāo)聲學(xué)特征采集系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王麟煜,黃海寧,鄭恩明,陳新華.  聲學(xué)技術(shù). 2019(05)
[7]我國海洋資料浮標(biāo)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 王軍成,厲運周.  山東科學(xué). 2019(05)
[8]國內(nèi)外海上多功能浮標(biāo)發(fā)展探討[J]. 張淑靜,呂聰俐,馬敏.  中國海事. 2019(09)
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碩士論文
[1]基于ESP32的野外探險多功能信息傳遞系統(tǒng)[D]. 胡元.華中師范大學(xué) 2019
[2]面向搶險救災(zāi)的無線自組網(wǎng)通信/監(jiān)控系統(tǒng)研究[D]. 畢研濤.南京航空航天大學(xué) 2019



本文編號：3275371