在海洋學(xué)研究、海洋生產(chǎn)和工程建設(shè)應(yīng)用中,經(jīng)常需要對特定區(qū)域的海水參數(shù)進(jìn)行長期、定點、實時的垂直剖面測量。錨系浮標(biāo)和潛標(biāo)是海洋監(jiān)測網(wǎng)中最普遍采用的搭載平臺之一,它們主要用于海洋環(huán)境定點監(jiān)測。海洋浮標(biāo)在研究海洋和大氣的相互作用及全球氣候變化、預(yù)報全球性和地區(qū)性海洋災(zāi)害、海洋污染監(jiān)測、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)真實性校驗、以及作為平臺用于水聲通訊和水下定位等方面發(fā)揮了重要作用,其缺點在于隱蔽性和安全性較差。潛標(biāo)監(jiān)測平臺由于其主浮體安裝在水下50-100米,具有良好的隱蔽性和安全性,在構(gòu)建海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)中有較好的應(yīng)用,但由于它總是隱藏在海表面以下,所搭載的測量傳感器的種類有限,數(shù)據(jù)實時傳送困難,從某種程度上也限制了其應(yīng)用。 節(jié)能型自治式多功能海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將定點錨泊潛標(biāo)和浮標(biāo)技術(shù)相結(jié)合,并創(chuàng)新性的融進(jìn)了節(jié)能技術(shù)和自動防觸碰功能,利用簡約的傳動儲能節(jié)能技術(shù),以C8051F340單片機(jī)為核心控制芯片,設(shè)計了低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)采集控制存儲系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng),使系統(tǒng)不但能夠完成錨泊區(qū)域海表面水文參數(shù)的測量和數(shù)據(jù)傳送,同時依靠單一的傳感器組能夠完成深達(dá)50米以上的水體次表層海洋要素的連續(xù)垂直剖面觀測。系統(tǒng)...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 課題研究背景
    1.2 新型海洋要素測量載體的研究狀況
        1.2.1 剖面測量浮標(biāo)
        1.2.2 水下滑翔機(jī)
        1.2.3 系纜式垂直剖面測量儀
        1.2.4 自主式水面飛行器(ASV)
        1.2.5 自主式水下航行體(AUV)
        1.2.6 潛標(biāo)系統(tǒng)
    1.3 本文的主要工作
2 低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)采集控制存儲系統(tǒng)的研究
    2.1 節(jié)能型自治式多功能海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的整體設(shè)計
        2.1.1 節(jié)能型自治式多功能海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.1.2 節(jié)能型自治式多功能海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理
    2.2 低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)采集控制存儲系統(tǒng)的總體設(shè)計
        2.2.1 海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)特殊的設(shè)計要求
        2.2.2 低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)采集控制器的整體設(shè)計
            2.2.2.1 中央控制單元功能描述
            2.2.2.2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案
            2.2.2.3 中央控制單元設(shè)計的關(guān)鍵問題
    2.3 上位單片機(jī)數(shù)據(jù)采集與存儲系統(tǒng)
        2.3.1 單片機(jī)的選擇
            2.3.1.1 MCS-51單片機(jī)
            2.3.1.2 C8051F340單片機(jī)
        2.3.2 傳感器及接口電路設(shè)計
            2.3.2.1 CTD傳感器在剖面觀測系統(tǒng)中的應(yīng)用
            2.3.2.2 單片機(jī)與CTD的電平轉(zhuǎn)換接口
        2.3.3 SD卡存儲模塊
    2.4 下位單片機(jī)控制存儲系統(tǒng)
        2.4.1 下位單片機(jī)控制存儲系統(tǒng)硬件設(shè)計
        2.4.2 固態(tài)繼電器
        2.4.3 直流電機(jī)驅(qū)動電路原理圖設(shè)計
        2.4.4 電源管理模塊
    2.5 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的低功耗設(shè)計
        2.5.1 本質(zhì)低功耗設(shè)計及處理器的選擇
        2.5.2 功耗管理和電源管理
            2.5.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)工作特性分析
            2.5.2.2 功耗和電源管理的設(shè)計
        2.5.3 接口驅(qū)動電路的低功耗設(shè)計
        2.5.4 C8051F340單片機(jī)的低功耗設(shè)計
            2.5.4.1 C8051F各部分組件的功耗
            2.5.4.2 降低功耗的幾點考慮
        2.5.5 小結(jié)
    2.6 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的硬件電路抗干擾設(shè)計
3 SD卡在海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
    3.1 SD卡存儲系統(tǒng)硬件功能原理與外部物理接口
    3.2 SD卡的引腳和寄存器
    3.3 SD卡的通信模式
        3.3.1 SD模式
        3.3.2 SPI模式
    3.4 SPI模式下的命令、響應(yīng)及數(shù)據(jù)格式
        3.4.1 命令
        3.4.2 響應(yīng)
        3.4.3 數(shù)據(jù)
    3.5 FAT文件系統(tǒng)
        3.5.1 硬盤物理結(jié)構(gòu)
        3.5.2 FAT文件體系
            3.5.2.1 主引導(dǎo)記錄區(qū)
            3.5.2.2 分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)
            3.5.2.3 文件分配表FAT表
            3.5.2.4 文件目錄表FDT表
            3.5.2.5 用戶數(shù)據(jù)區(qū)
        3.5.3 FAT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)說明及程序中地址計算
            3.5.3.1 FAT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
            3.5.3.2 程序設(shè)計中相關(guān)地址計算
    3.6 SD卡在節(jié)能型自治式多功能海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用
        3.6.1 主要功能確定
        3.6.2 SD卡基本命令精簡及單片機(jī)實現(xiàn)
            3.6.2.1 CMD0和CMD1
            3.6.2.2 CMD17
            3.6.2.3 CMD24
        3.6.3 單片機(jī)對SD卡操作的實現(xiàn)
            3.6.3.1 軟硬件設(shè)計思想
            3.6.3.2 FAT文件層主要函數(shù)流程圖
            3.6.3.3 訪問SD卡的所有函數(shù)列表
4 低功耗、高可靠的數(shù)據(jù)采集控制器的軟件設(shè)計
    4.1 C語言及匯編語言
    4.2 上位機(jī)軟件工程
        4.2.1 上位機(jī)主程序
        4.2.2 運動狀態(tài)控制模塊
            4.2.2.1 載體下潛過程
            4.2.2.2 載體上浮過程
        4.2.3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊
    4.3 下位機(jī)軟件工程
5 數(shù)據(jù)采集控制器性能試驗
    5.1 室內(nèi)模擬實驗
    5.2 海上模擬實驗
6 總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 展望
    6.3 今后工作設(shè)想
參考文獻(xiàn)
博士期間發(fā)表文章目錄
致謝
附錄A 部分程序清單
附錄B 上位機(jī)電路原理圖
附錄C 下位機(jī)電路原理圖



本文編號：3970544