海洋定点监测升降式浮标控制系统研制

发布时间：2020-05-14 11:35

【摘要】：海洋拥有丰富的资源、广阔的空间并且可以对地球环境和气候产生的巨大调节作用，是支持全球生命系统的不可缺少的重要组成部分，其庞大的资源是人类可持续发展的源泉和财富。如今，海洋环境监测技术成为现代海洋开发利用的基础，在海洋管理，资源勘探，工程建设，污染防治以及灾害预报等领域有着重要的地位和作用。海洋监测领域使用的方法和技术手段主要有拖拽法，定点法，自持法三大类。海洋浮标和潜标是获取海洋定点数据的最普遍的方式。潜标和浮标相比，海洋潜标不仅仅能获取水下不同的深度的长期连续的数据，而且由于它的浮体一般位于海平面以下50~100米，所以又很好的安全性和隐蔽性，在可预见的将来，海洋潜标技术不仅在海洋数据监测，工程建设和灾害预报领域有愈加广泛的用途，而且在水下侦查反潜等军事领域也有非常重要和实用的价值。本文对以下几个部分做了详细的阐述：首先，本文总结和分析了国内外海洋潜标的研究和发展的现状和趋势，针对近海的特殊的环境，研究和设计了一种自升降式浮标系统，大致阐述和分析了潜标的数据采集所研究的内容和创新部分。其次，概括了整套系统的设计和要达到的指标，然后阐述系统的不同部分：包括岸基模块，中继模块，浮标模块，和水下潜标模块，以及不同模块的工作方式和作用。再次，重点描述了海洋定点监测浮标的设计过程，包括整套系统的四个主要部分，首先，概括和比较几种无线数传方式的优缺点，提出了使用433MHz免费ISM频段的Si4432无线模块，分析了该模块的主要特性和数据收发方式。然后，对整个系统的硬件电路的设计做了详细的分析和介绍，包括岸基接收模块电路中的电源，无线接收，串口收发，程序下载调试电路；中继转发模块电路中的加速度传感器MMA7360，倾角传感器SCA60C，温度传感器DS18B20，湿度传感器SHT15，光照传感器BH1750FVI，介绍了各个传感器电路和使用方法；浮标部分的各种传感器接口电路，485传输电路，基于FAT文件系统的SD卡存储电路；潜标模块中的基于BTN7960的电机驱动电路，BYJ48步进电机电路。软件部分介绍了使用各种传感器需要用的传输协议：I2C协议，SPI协议等。接着介绍了不同电路的工作流程。最后，在整个系统进行了相关实验室的测试和调试，结论结果证实了这个系统工作性能稳定，基本满足本课题设计指标和要求，同时也对整个设计作了总结，针对出现的问题做了分析，提出了整个系统进一步完善的方法，展望了海洋定点监测升降式浮标的应用前景。
【图文】：

典型结构

从1984年开始组建TAO阵列，到1994年全部完成，目前仍在正常运行，今后它将成为“全球海洋观测系统”的一个重要组成部分。图1.3 国内外潜标系统的典型结构美国的“百慕大试验站锚泊系统（BTM）”是紧绷锚泊潜标的另一个典型应用，该系统于1994年6月建成，这种深海锚泊系统的作用是为海洋仪器设备进行长期试验提供平台。水下传感器数据的传输是通过感应式调制解调器耦合，利用一根单芯锚泊缆传到海面上的浮标，然后数据经由卫星传送。当巡航的调查船靠近时，可用无线电和浮标通信，直接把数据传到船上，BTM的数据传输方式较TAO有明显的进步。我国对潜标的研究开始于上实际七十年代，比发达国家晚了近二十年的时间。1982年，国家海洋局立项研制千米测流潜标系统。并于当年四月初到五月底在中国南海成功进行了三次布放和回收试验

示意图,岸基,控制台,示意图

监控软件控平台软件主要是通过与水下系统的通信实现对海洋相关环境数据进行的相关动作。系统以 PC 机为硬件平台、以 windows XP 操作系统为软件收发模块的主要作用是与潜标进行数据交互。即：接收来自浮标和中继的数据，，系统。接收的数据中包括了所有传感器的数据。无线收发方法可以有很，GPRS，和无线射频模块等。U 模块数据采集和处理的中心，它接收并且处理一切相关数据，并通过 RS2设计的功能是当浮标距离岸基较远，超过无线模块进行远距离通信距离时，放置中继器进行数据中转。除了数据中转的作用外，中继还需要将近海岸基接收设备，以便岸基能更好的监控近海环境。中继器一般固定在浮
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP273;P715.2

【参考文献】