【摘要】：南極大陸的冰層底下存在著冰下湖,冰下湖與外界隔絕,其獨(dú)特的水環(huán)境可能提供了微生物進(jìn)化以及地球古氣候的信息。為探索這些科學(xué)問(wèn)題,需要直接獲取冰下湖湖水樣品。通過(guò)冰下湖探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)湖水的采樣與觀測(cè)。本文結(jié)合課題來(lái)源背景,分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了一種南極冰下湖可回收式探測(cè)器測(cè)控系統(tǒng)。主要由冰下分布式隨鉆測(cè)控系統(tǒng)、高壓電力傳輸系統(tǒng)、冰面測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件三個(gè)部分組成。冰下隨鉆測(cè)控分布式測(cè)控系統(tǒng)是基于STM32F103單片機(jī),使用RS485總線的嵌入式系統(tǒng),主要完成鉆具中傳感器數(shù)據(jù)采集、對(duì)鉆具內(nèi)置絞車控制、以及基于電力線載波技術(shù)與上位機(jī)軟件通信。高壓電力傳輸系統(tǒng)負(fù)載高壓大功率電力傳輸。冰面測(cè)控系統(tǒng)上位機(jī)主要用于實(shí)時(shí)接收、顯示系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù),也可向隨鉆測(cè)控系統(tǒng)發(fā)送控制指令。論文的主要內(nèi)容由5個(gè)部分組成:系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)調(diào)試。本文首先確定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案,并將總體方案劃分為多個(gè)子方案進(jìn)行設(shè)計(jì),然后詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。其中電路設(shè)計(jì)包括主控制電路、以及各種傳感器系統(tǒng)組成的從機(jī)電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為冰下嵌入式軟件設(shè)計(jì)和冰面上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。調(diào)試階段主要搭建了系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái),完成了加熱控制系統(tǒng)測(cè)試、隨鉆測(cè)控系統(tǒng)測(cè)試、載波通信系統(tǒng)測(cè)試、傳感器系統(tǒng)測(cè)試,以及全系統(tǒng)的高低溫測(cè)試。本文研制出一套用于南極冰下湖的可回收式無(wú)污染探測(cè)器測(cè)控系統(tǒng),該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成了環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn),測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)可以在零下40攝氏度低溫情況下穩(wěn)定可靠運(yùn)行,滿足極地惡劣工作環(huán)境要求。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP368.1;P941.61;TP311.52
【圖文】：

１．３．１南極冰下湖探測(cè)器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀逡逑自上世紀(jì)６０年代以來(lái)，人們對(duì)南極冰下湖的研究一直持續(xù)不斷，現(xiàn)有充分證據(jù)表明，在逡逑南極冰蓋下有４００多個(gè)冰下湖泊分布如圖１．１所示Ｗ，南極冰下湖代表了多樣且未^u發(fā)的水體逡逑環(huán)境，且需要大量的科學(xué)規(guī)劃，工程開發(fā)。其中俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家提出了各自不同方案，逡逑但都有一定的缺點(diǎn)。逡逑圖Ｉ」南極冰下湖分布圖逡逑（１）俄羅斯冰下湖ＩＣＥ－ＳＨＥＥＴ鉆孔方法逡逑２０１２年２月５日，俄羅斯南極東方沃斯托克站深入鉆探內(nèi)陸冰蓋（俄羅斯一個(gè)多年的項(xiàng)逡逑目）首次進(jìn)入冰下湖，冰下湖約４０００米深，位于沃斯托克站正下方［６】。這項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)引起逡逑了人們的興趣。問(wèn)題是冰川的‘干’鉆井對(duì)于探測(cè)器鉆探５００ｍ的深度是可能的，若超過(guò)這個(gè)深逡逑度冰蓋壓力會(huì)使得鉆孔直徑變窄，而且這個(gè)過(guò)程會(huì)隨著鉆孔深度的增加而增加。為平衡壓力逡逑需要在鉆井中使用不可凍結(jié)、密度近水的鉆井液，最廣泛使用的鉆井液是煤油的混合物和氟逡逑利昂，使用的鉆井液的問(wèn)題是可能會(huì)引起對(duì)南極地區(qū)的污染。逡逑ｒ邋ｐ逡逑ｉＴｉ邋ｔ邋ＴＢ１逡逑圖１．２俄羅斯冰下湖探測(cè)器逡逑２逡逑

１．３．１南極冰下湖探測(cè)器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀逡逑自上世紀(jì)６０年代以來(lái)，人們對(duì)南極冰下湖的研究一直持續(xù)不斷，現(xiàn)有充分證據(jù)表明，在逡逑南極冰蓋下有４００多個(gè)冰下湖泊分布如圖１．１所示Ｗ，南極冰下湖代表了多樣且未^u發(fā)的水體逡逑環(huán)境，且需要大量的科學(xué)規(guī)劃，工程開發(fā)。其中俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家提出了各自不同方案，逡逑但都有一定的缺點(diǎn)。逡逑圖Ｉ」南極冰下湖分布圖逡逑（１）俄羅斯冰下湖ＩＣＥ－ＳＨＥＥＴ鉆孔方法逡逑２０１２年２月５日，俄羅斯南極東方沃斯托克站深入鉆探內(nèi)陸冰蓋（俄羅斯一個(gè)多年的項(xiàng)逡逑目）首次進(jìn)入冰下湖，冰下湖約４０００米深，位于沃斯托克站正下方［６】。這項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)引起逡逑了人們的興趣。問(wèn)題是冰川的‘干’鉆井對(duì)于探測(cè)器鉆探５００ｍ的深度是可能的，若超過(guò)這個(gè)深逡逑度冰蓋壓力會(huì)使得鉆孔直徑變窄，而且這個(gè)過(guò)程會(huì)隨著鉆孔深度的增加而增加。為平衡壓力逡逑需要在鉆井中使用不可凍結(jié)、密度近水的鉆井液，最廣泛使用的鉆井液是煤油的混合物和氟逡逑利昂，使用的鉆井液的問(wèn)題是可能會(huì)引起對(duì)南極地區(qū)的污染。逡逑ｒ邋ｐ逡逑ｉＴｉ邋ｔ邋ＴＢ１逡逑圖１．２俄羅斯冰下湖探測(cè)器逡逑２逡逑

１．３．１南極冰下湖探測(cè)器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀逡逑自上世紀(jì)６０年代以來(lái)，人們對(duì)南極冰下湖的研究一直持續(xù)不斷，現(xiàn)有充分證據(jù)表明，在逡逑南極冰蓋下有４００多個(gè)冰下湖泊分布如圖１．１所示Ｗ，南極冰下湖代表了多樣且未^u發(fā)的水體逡逑環(huán)境，且需要大量的科學(xué)規(guī)劃，工程開發(fā)。其中俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家提出了各自不同方案，逡逑但都有一定的缺點(diǎn)。逡逑圖Ｉ」南極冰下湖分布圖逡逑（１）俄羅斯冰下湖ＩＣＥ－ＳＨＥＥＴ鉆孔方法逡逑２０１２年２月５日，俄羅斯南極東方沃斯托克站深入鉆探內(nèi)陸冰蓋（俄羅斯一個(gè)多年的項(xiàng)逡逑目）首次進(jìn)入冰下湖，冰下湖約４０００米深，位于沃斯托克站正下方［６】。這項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)引起逡逑了人們的興趣。問(wèn)題是冰川的‘干’鉆井對(duì)于探測(cè)器鉆探５００ｍ的深度是可能的，若超過(guò)這個(gè)深逡逑度冰蓋壓力會(huì)使得鉆孔直徑變窄，而且這個(gè)過(guò)程會(huì)隨著鉆孔深度的增加而增加。為平衡壓力逡逑需要在鉆井中使用不可凍結(jié)、密度近水的鉆井液，最廣泛使用的鉆井液是煤油的混合物和氟逡逑利昂，使用的鉆井液的問(wèn)題是可能會(huì)引起對(duì)南極地區(qū)的污染。逡逑ｒ邋ｐ逡逑ｉＴｉ邋ｔ邋ＴＢ１逡逑圖１．２俄羅斯冰下湖探測(cè)器逡逑２逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廉小親;張陽(yáng)偉;郝寶智;段振剛;魏偉;;基于UcosⅡ系統(tǒng)的電氣火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J];測(cè)控技術(shù);2015年12期

2 鄭明秋;;基于C#語(yǔ)言的面向?qū)ο缶幊烫卣餮芯颗c實(shí)現(xiàn)[J];通訊世界;2015年21期

3 趙亮;;RS485總線幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的理論研究[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2014年06期

4 陽(yáng)全;;基于LM358芯片的PWM濾波數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年01期

5 馮子陵;俞建新;;RS485總線通信協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程;2012年20期

6 陳宏民;劉如奎;南喜祥;;用XTR105制作的溫度變送器[J];內(nèi)蒙古石油化工;2010年22期

7 孫傳濤;吳杰長(zhǎng);張祚良;;基于VICOR二代模塊的集控系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)[J];電力電子技術(shù);2010年04期

8 秦洋陽(yáng);林孫如;;用TPS54xx設(shè)計(jì)DC/DC轉(zhuǎn)換電路[J];現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè);2009年08期

9 陳寶;;軟件開發(fā)中的三層架構(gòu)模式[J];合作經(jīng)濟(jì)與科技;2009年06期

10 王嵐;吳海強(qiáng);孫卓君;;基于PWM濾波數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)[J];應(yīng)用科技;2007年10期

本文編號(hào)：2790785