本文關(guān)鍵詞：基于多種可再生能源供電的寒區(qū)冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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【摘要】：冰情檢測(cè)與冰凌災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)防是中國(guó)南北極科學(xué)考察、高寒區(qū)內(nèi)陸河道水文預(yù)報(bào)、水電大壩與長(zhǎng)距離輸水工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)等諸多領(lǐng)域急需的應(yīng)用技術(shù)，也是國(guó)家防汛減災(zāi)系統(tǒng)建設(shè)的主要任務(wù)之一。由于冰情監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)大多地處氣象條件惡劣、交通、供電條件受限的野外環(huán)境，要實(shí)現(xiàn)對(duì)極寒區(qū)野外環(huán)境下對(duì)河流、湖泊、水庫等現(xiàn)場(chǎng)冰情的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)將會(huì)遇到比常規(guī)條件下水文測(cè)報(bào)更大的困難，一般設(shè)備價(jià)格昂貴、功耗高、抗凍性差，特別是如何解決檢測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期供電、在極低溫（低于-30℃）環(huán)境下設(shè)備的正常工作的問題，是目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)水利工程與水文測(cè)報(bào)領(lǐng)域尚未得到很好解決的國(guó)際性難題。 本課題針對(duì)冬季野外環(huán)境常年處于于-30℃下的黑龍江流域河道野外冰情檢測(cè)的需求，，在水利部公益性科研專項(xiàng)“黃河冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（No.201201080）”、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于空氣、冰與水物理特性差異的冰層生消過程與力學(xué)強(qiáng)度連續(xù)在線檢測(cè)原理研究（No.51279122）”等項(xiàng)目資助下，設(shè)計(jì)了基于冰、水、空氣物理特性差異由多種可再生能源供電的寒區(qū)冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1]。 該系統(tǒng)研制了可以對(duì)冰層內(nèi)部及冰下水層等效電阻、溫度梯度變化狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)的R-T冰層厚度傳感器，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用于黑龍江河道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的特殊地理環(huán)境，提出了利用再生能源的環(huán)保型水光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、超低功耗智能保溫系統(tǒng)的特殊冰情檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，融合了單片機(jī)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)刃滦碗娮有畔⑻幚砑夹g(shù)，設(shè)計(jì)研制了低功耗、低成本、抗低溫的冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在極低溫野外環(huán)境下對(duì)黑龍江河道封凍期水體冰蓋的定點(diǎn)、實(shí)時(shí)、連續(xù)、遠(yuǎn)程、自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為高緯度地區(qū)冬季冰情檢測(cè)提供了一種可行的系統(tǒng)設(shè)備。在設(shè)計(jì)與試驗(yàn)過程中，本論文完成了以下研究?jī)?nèi)容： 1.在分析了現(xiàn)有冰情檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用于黑龍江河道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的特殊地理環(huán)境，提出了利用再生能源的環(huán)保型水光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、超低功耗智能保溫系統(tǒng)的特殊冰情檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 2.在-50℃～30℃溫度范圍內(nèi)對(duì)冰和水的等效電阻隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了冰、水等效電阻受溫度影響的變化規(guī)律以及冰層中溫度梯度的分布規(guī)律，建立了在-50℃～30℃溫度范圍內(nèi)基于冰、水、空氣等效電阻-溫度差異檢測(cè)冰水情的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?3.根據(jù)研究試驗(yàn)結(jié)果和高寒地區(qū)工程監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況，完成了包括現(xiàn)場(chǎng)采集和上位機(jī)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、功能控制的冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了新的利用可再生能源的環(huán)保型水光互補(bǔ)供電系統(tǒng)； 4.完成了冰層厚度傳感器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了與傳感器配套的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理硬件電路及模塊選型。在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理硬件電路設(shè)計(jì)中除設(shè)計(jì)了常規(guī)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理電路外，還根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用于極寒區(qū)野外環(huán)境的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用的超低功耗智能保溫防凍系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以在氣溫低至-50℃的高寒地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間保持正常工作，提高了系統(tǒng)設(shè)備的抗凍性和可靠性； 5.完成了冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集電路的軟件設(shè)計(jì)，使檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了冰情現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)處理、遠(yuǎn)程通信，使整個(gè)冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無人值守的遠(yuǎn)程無線遙測(cè)系統(tǒng)功能； 6.設(shè)計(jì)研制成功的冰情檢測(cè)系統(tǒng)于2013.12.17-2014.4.12安裝在黑龍江漠河河道現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行為期5個(gè)月的連續(xù)冰情監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，獲取了系統(tǒng)的黑龍江冬季冰情數(shù)據(jù)，并對(duì)系統(tǒng)采集冰情數(shù)據(jù)與同期人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析； 7.根據(jù)設(shè)備在設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中所暴露的問題進(jìn)行了總結(jié)分析并提出相應(yīng)解決方案。
【關(guān)鍵詞】：冰情監(jiān)測(cè) 冰層厚度 溫度梯度 低功耗 溫控 互補(bǔ)發(fā)電
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P332.8;TP274
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 課題研究的背景、目的及意義13-14
• 1.2 冰情檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀的分析14-15
• 1.3 課題的主要研究工作15-17
• 第二章 基于冰、水、空氣等效電阻-溫度特性差異的冰情檢測(cè)機(jī)理研究17-23
• 2.1 基于冰、水、空氣等效電阻特性差異的冰情檢測(cè)機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究17-19
• 2.1.1 冰、水、空氣等效電阻隨溫度變化的規(guī)律分析17-19
• 2.1.2 冰層內(nèi)部溫度梯度的分布規(guī)律及其對(duì)冰結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)分析19
• 2.2 極低溫環(huán)境下冰情檢測(cè)系統(tǒng)模型的建立及實(shí)驗(yàn)分析19-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 適應(yīng)于高寒區(qū)內(nèi)陸河道的冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-33
• 3.1 冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23-24
• 3.2 冰層厚度傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24-26
• 3.3 多種可再生能源供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26-31
• 3.3.1 可再生能源發(fā)電特點(diǎn)26-27
• 3.3.2 水（風(fēng)）、光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)27-31
• 3.3.2.1 光伏發(fā)電部分27
• 3.3.2.2 流體動(dòng)能發(fā)電裝置27-30
• 3.3.2.3 互補(bǔ)控制器30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 第四章 冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集電路硬件設(shè)計(jì)33-63
• 4.1 冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集電路的構(gòu)成33-35
• 4.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集電路各功能模塊的選型與設(shè)計(jì)35-52
• 4.2.1 邏輯選通模塊35-38
• 4.2.2 嵌入式微處理器38-40
• 4.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊40-42
• 4.2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊42-43
• 4.2.5 溫度采集模塊43-44
• 4.2.6 復(fù)位模塊44-45
• 4.2.7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊45-47
• 4.2.8 電源模塊47-48
• 4.2.9 串口通訊模塊48-49
• 4.2.10 GPRS 通信模塊49-51
• 4.2.11 LCM_KEY 模塊51-52
• 4.3 低功耗智能保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52-60
• 4.3.1 加熱材料的選擇與設(shè)計(jì)53-54
• 4.3.2 保溫層的選擇與設(shè)計(jì)54-56
• 4.3.3 溫控電路的設(shè)計(jì)56-60
• 4.3.4 蓄電池防凍處理60
• 4.4 本章小結(jié)60-63
• 第五章 冰情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集電路的軟件設(shè)計(jì)63-73
• 5.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)63-65
• 5.2 時(shí)鐘中斷程序設(shè)計(jì)65-66
• 5.3 多點(diǎn)溫度采集程序設(shè)計(jì)66-67
• 5.4 等效電阻電壓采集程序設(shè)計(jì)67-69
• 5.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序設(shè)計(jì)69-70
• 5.6 串口數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)70-71
• 5.7 本章小結(jié)71-73
• 第六章 冰情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及冰情數(shù)據(jù)分析73-81
• 6.1 黑龍江漠河河道現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試情況73-75
• 6.2 冰情監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析75-79
• 6.2.1 2013.12.22 單日現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)分析75-77
• 6.2.2 2013.12-2014.4 黑龍江漠河河道連續(xù)冰情觀測(cè)數(shù)據(jù)分析77-79
• 6.3 本章小結(jié)79-81
• 第七章 總結(jié)與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-89
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄89

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陸冬妹;鄧小芳;羅劍;;基于RS232串行數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)串口通信的收發(fā)系統(tǒng)[J];安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2010年03期

2 李志軍;中國(guó)第19次南極科學(xué)考察中海冰調(diào)查技術(shù)介紹[J];冰川凍土;2003年S2期

3 杭瑚;溫度對(duì)鉛蓄電池的影響[J];蓄電池;1988年04期

4 張衛(wèi)杰 ,吳瓊之;新一代CPLD及其應(yīng)用[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2003年07期

5 李彬;王朝陽;卜濤;于學(xué)偉;;基于MSP430F149的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];國(guó)外電子測(cè)量技術(shù);2009年12期

6 劉嬌嬌;王致杰;張?bào)先?徐濤;陳麗娟;蘇新霞;;基站用風(fēng)光互補(bǔ)控制器的設(shè)計(jì)[J];電子制作;2014年08期

7 郭志勇;;基于ADS1100的高精度電子秤設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年04期

8 董新法,易建峰;保溫設(shè)備與管道保溫材料的選擇準(zhǔn)則[J];化工時(shí)刊;1998年02期

9 張乃升;災(zāi)害性海冰航空遙感監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)[J];海洋技術(shù);1996年02期

10 夏時(shí)義;CMOS模擬開關(guān)的導(dǎo)通與截止特性[J];微電子學(xué);1991年05期

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