基于海底观测网的原位激光拉曼远程通讯控制

发布时间：2020-07-24 09:27

【摘要】：海底蕴藏丰富的矿产资源、天然气水合物资源和油气资源，其战略地位日益受各国所重视。随着科技的发展，社会的需求，我国在十二五期间提出将建设海底长期科学观测网。海底观测网是在海底搭建电能传输线路以及光纤网络连接在海底观测点附近的海底科学观测仪器和陆地基站监控中心，基站监控中心可以实时在线获取海底科学观测仪器采集到的观测数据。基于海底观测网的原位激光拉曼光谱采集系统放置在海底，是一种连接在海底观测网中的科学观测系统，主要功能是采集海底拉曼光谱，对海底的酸根离子进行原位测量。本文主要研究基于海底观测网的原位激光拉曼远程通讯控制，将整个系统设计为三部分：基站监控中心、传输主干网、海底拉曼光谱采集系统。本文主要研究内容如下： 1.基于海底观测网的原位激光拉曼光谱采集系统的远程通讯控制的整体设计：根据海底观测网的整体结构，设计适合拉曼光谱采集系统的海底观测网的结构，分为基站监控中心、传输主干网、海底拉曼光谱采集系统三个部分。本文研究了海底观测网的网络拓扑结构，通信方式以及连接方式，海底拉曼光谱采集部分的拓扑结构：一个拉曼控制舱控制两个拉曼探测舱，采集两种光谱。 2.传输主干网的硬件结构以及软件设计：传输主干网连接基站监控中心和拉曼光谱采集部分中的拉曼控制舱，本文研究了基站监控中心与拉曼控制舱的可靠性硬件结构。传输主干网采用TCP/IP协议，详细介绍基于海底观测网的TCP/IP网络分层结构以及协议，设计海底观测网应用层通信协议，根据应用层通信协议利用Visual C++6.0开发环境进行套接字编程进行软件设计，编写了基于ICMP协议的Echo and Echo Reply软件，用来探测并报告IP数据报传输过程中产生的各种错误，测试信宿机的可达性。 3.拉曼光谱采集系统的设计及研究：拉曼光谱采集系统是连接在海底观测网上的科学观测仪器，可接收和分析来自基站监控中心的命令，并通过解析的命令进行光谱采集、数据存储或将数据上传到基站监控中心。本文研究了拉曼控制舱的硬件结构，拉曼控制舱与两个拉曼探测舱的通信协议——Modbus协议，设计基于Modbus协议的通信协议，并根据通信协议进行了相应的软件设计。 4.软件测试：分为传输主干网软件模拟测试和拉曼光谱采集模拟测试。传输主干网软件模拟测试：将PC104与数据采集模块通过串口连接，PC104通过以太网与PC连接，PC可以远程控制PC104，命令PC104通过串口从数据采集模块采集数据，再将采集到的数据通过以太网传输到PC，测试Echo and Echo Reply软件来探测信宿机的可达性；拉曼光谱采集模拟测试：将PC104与QE65000光谱仪连接，PC与PC104通过串口连接，PC可以通过串口控制PC104进行光谱采集，并将接收到的光谱数据显示出来并存储。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P715;TP274
【图文】：

胡安·德富卡板块是一小板块，位于水深 3000m 的地方，平均每年向美洲大陆低下移动 4cm[17]。加拿大 NEPTUNE 海底观测网络可以持续实时观测 25 年，能够长期提供广泛研究领域的实时的海量数据，例如观测板块构造运动，海底下的流体，海洋生物与气候，深海的生态系统等。加拿大的 NEPTUNE 观测网以 800km 光电复合缆为传输线路，光电复合缆从海岸基站进入海洋，路径大陆架、深海平原铺设到大洋中脊，再转回到海岸基站形成回路，光电复合缆的最大传输速率 10Gbps 同时传送 10kV、60kW 的电能。因电缆的铺设是一个回路，所以能量和数据的传输可以双向进行，安全性高[18]。如图 1-1 所示，海底有 5 个主接驳盒分别安置到不同的地点，主接驳盒可以降压并能传输数据，每个主接驳盒分别连接多个次级接驳盒，每个次级接驳盒连接多种海底科学观测仪器放置在观测点的附近，对海底进行实时观测。整个系统有100 多种海底科学观测仪器连接在次级接驳盒上[19-20]，可将各种观测数据通过光电复合缆传送到基站监控中心。

图 1-2 中国节点各个系统中国节点与美国 MARS 接并成功，并已经长期运行，说明我国在海底观测技术方面的研究已经有所突破，并且能够实际应用，为下一步建设我国自主的海底观测网提供了技术支持和笃实的基础。1.3 论文研究背景及主要研究内容1.3.1 论文研究背景我国海洋非常辽阔，海洋资源极为丰富，是发展中的海洋大国。为了开发和保护海洋资源，加快我国在海洋观测领域技术的发展，我国启动了东海和南海的海底观测网建设的项目。本论文的研究内容基于国家“十二五”863 计划“基于海底观测网的深海化学环境长期实时监测系统研发与集成”[33]的子课题“基于海底观测网的原位激光拉曼光谱系统”。激光拉曼光谱采集系统作为一项化学环境

一台 MSP430 单片机，一个摄像头，PC104 通过 RS232 与 MSP430 单片机通信，通过 USB 与摄像头通信，备份 PC104 是在主 PC104 出现故障时，启动代替主 PC104 完成工作，两台 PC104 都连接到交换机。两个探测舱内含 PC104、光谱仪、MSP430，探测舱与控制舱通过 RS485 通信。次级接驳盒

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本文编号：2768644