發(fā)布時(shí)間：2017-04-01 11:04

  本文關(guān)鍵詞：基于觀測網(wǎng)的海底動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近些年來,為了能夠在海洋環(huán)境觀測和資源開發(fā)利用方面取得更大的進(jìn)步,各國都在積極發(fā)展海洋探測技術(shù)。海底觀測網(wǎng)作為海洋探測的一種新型技術(shù),可集成數(shù)個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)對深海海底區(qū)域進(jìn)行化學(xué)、物理和地質(zhì)過程的長期實(shí)時(shí)監(jiān)測,現(xiàn)已成為繼海洋測量船和遙感衛(wèi)星之后的第三個(gè)重要觀測平臺。海底動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)作為南海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn),其硬件平臺的實(shí)現(xiàn)是該系統(tǒng)能夠搭載多種海洋儀器在海底工作的前提。因此研制一種具有高穩(wěn)定性、可靠性及可擴(kuò)展性的硬件平臺對保障海底動力環(huán)境的長期實(shí)時(shí)監(jiān)測,促進(jìn)我國海底觀測網(wǎng)的建立有著重要的意義。本文以愛特梅爾公司的AT91SAM9263ARM處理器和AT90can128單片機(jī)為控制核心,集成數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制系統(tǒng)和協(xié)議轉(zhuǎn)換與電源管理系統(tǒng),采用CAN總線分布式管理方式,實(shí)現(xiàn)了對各海洋儀器的供電控制、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)上傳等功能。并且本文采用的備用電池、冗余設(shè)計(jì)、隔離機(jī)制以及異常處理機(jī)制等魯棒性設(shè)計(jì)保證了硬件平臺能夠在海底進(jìn)行長期實(shí)時(shí)穩(wěn)定地工作。論文共分為五章,引言主要介紹了海底觀測技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及建設(shè)海底動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的重要性。第一章敘述了海底動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)硬件平臺的總體設(shè)計(jì)。通過系統(tǒng)的功能需求以及兩種傳感器管理方案的比較論述,確定硬件平臺的整體架構(gòu)。第二章詳細(xì)介紹了ARM監(jiān)控系統(tǒng)和單片機(jī)管理系統(tǒng)中各模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和工作原理,給出了相應(yīng)的原理圖和PCB Layout時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)則,并對電路中的抗干擾設(shè)計(jì)做了詳細(xì)敘述。第三章主要介紹了ARM嵌入式Linux系統(tǒng)多個(gè)應(yīng)用線程和AT90can128單片機(jī)程序的工作流程,其中本文采用的ARM雙冗余和系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)極大提高了該硬件平臺工作的可靠性。第四章為驗(yàn)證硬件平臺整體工作的穩(wěn)定性和可靠性,分別對其進(jìn)行了室內(nèi)測試和環(huán)境測試,并最終通過淺海試驗(yàn)和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試,表明了該硬件平臺已達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第五章對本論文完成的工作進(jìn)行了總結(jié)和展望。
【關(guān)鍵詞】：海底觀測網(wǎng) 海底動力環(huán)境 CAN總線 魯棒性設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P715.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 0 引言10-15
• 0.1 建設(shè)海底動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的目的與意義10-11
• 0.2 國外海底觀測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 0.3 我國海底觀測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 0.4 論文的主要研究工作及章節(jié)13-15
• 1 硬件平臺總體設(shè)計(jì)15-27
• 1.1 硬件平臺及海洋傳感器的技術(shù)要求16-20
• 1.1.1 傳感器控制艙的技術(shù)指標(biāo)16
• 1.1.2 海洋傳感器的技術(shù)參數(shù)16-20
• 1.2 傳感器管理方案的比較20-22
• 1.2.1 集中式管理20-21
• 1.2.2 分布式管理21-22
• 1.3 硬件平臺的整體架構(gòu)22-25
• 1.3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制系統(tǒng)23-24
• 1.3.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換與電源管理系統(tǒng)24-25
• 1.4 硬件平臺的魯棒性設(shè)計(jì)25-26
• 1.5 本章小結(jié)26-27
• 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)27-48
• 2.1 ARM監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)27-35
• 2.1.1 核心板模塊27-28
• 2.1.2 電源轉(zhuǎn)換模塊28-29
• 2.1.3 以太網(wǎng)接口模塊29-31
• 2.1.4 CAN總線接口模塊31
• 2.1.5 SD卡接口模塊31-32
• 2.1.6 串行接口模塊32-33
• 2.1.7 ARM底板實(shí)物圖33-35
• 2.2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)35-43
• 2.2.1 單片機(jī)熔絲位配置36-37
• 2.2.2 CAN通信模塊37-38
• 2.2.3 串口通信模塊38
• 2.2.4 電壓采集模塊38-39
• 2.2.5 溫度采集模塊39-40
• 2.2.6 電源供電模塊40-41
• 2.2.7 隔離機(jī)制41-42
• 2.2.8 單片機(jī)系統(tǒng)板實(shí)物圖42-43
• 2.3 抗浪涌模塊設(shè)計(jì)43-46
• 2.3.1 抗浪涌模塊原理圖44
• 2.3.2 抗浪涌模塊實(shí)物圖44-45
• 2.3.3 抗浪涌模塊加入前后效果對比45-46
• 2.4 硬件平臺集成46-47
• 2.5 本章小結(jié)47-48
• 3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)48-58
• 3.1 ARM嵌入式Linux系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)48-51
• 3.1.1 命令控制線程49
• 3.1.2 數(shù)據(jù)采集線程49-50
• 3.1.3 數(shù)據(jù)上傳線程50-51
• 3.1.4 冗余備份線程51
• 3.1.5 系統(tǒng)監(jiān)控線程51
• 3.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)51-57
• 3.2.1 數(shù)據(jù)通信協(xié)議52-53
• 3.2.2 RS232/485-CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換程序53-56
• 3.2.3 電源供電監(jiān)測程序56-57
• 3.3 本章小結(jié)57-58
• 4 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果58-66
• 4.1 室內(nèi)功能與性能測試58-60
• 4.1.1 電源供電管理功能檢測59
• 4.1.2 采集與控制功能的檢測59
• 4.1.3 水聲通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)功能檢測59-60
• 4.2 環(huán)境試驗(yàn)測試60-62
• 4.2.1 壓力試驗(yàn)60
• 4.2.2 高低溫試驗(yàn)60-61
• 4.2.3 振動試驗(yàn)61-62
• 4.3 淺海試驗(yàn)與系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試62-65
• 4.3.1 淺海試驗(yàn)63-64
• 4.3.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測試64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 5 總結(jié)和展望66-70
• 5.1 總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-70
• 5.2.1 電源供電管理升級67
• 5.2.2 單片機(jī)程序遠(yuǎn)程升級67-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 致謝72-73
• 個(gè)人簡歷73-74
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74

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本文編號：280491