富钴结壳规模取样器电控系统设计

发布时间：2020-08-20 21:50

【摘要】：随着人类社会对各种矿产资源需求日益增多,而陆地资源经过长期的消耗储存量逐渐减少,人类对于海洋矿产资源的需求越来越大,开发利用海洋对于缓解人类资源紧缺、推动世界经济继续前进至关重要。富钴结壳是一种生长在海底基岩上富含锰、钴、铂、稀土等金属元素的壳状矿床,因钴含量是多金属结核的3倍左右,而被命名为富钴结壳。大洋中,富钴结壳矿产资源的储量达十亿吨,资源价值超千亿美元。从上世纪八十年代开始,全球都将富钴结壳资源开发作为研发热点,我国也九十年代中期正式开始了对其的调查研究。向海洋进军,让海洋资源服务于人类,对我国经济的发展具有重要意义。本文设计了富钴结壳规模取样器电子测控系统,该系统主要包括水下嵌入式系统和甲板监控系统。水下嵌入式系统与规模取样器机械结构连接,用于收集取样器传感器数据并根据甲板监控系统指令对机械结构进行相应的控制。甲板监控系统通过水下嵌入式系统传输上来的传感器数据以及水下摄像头画面实现对规模取样器的监测,并根据技术人员操作向下发送控制命令。水下嵌入式系统安装于固定在规模取样器上的高压舱内,通过舱盖引出的水密接插件与机械结构相连,同时万米铠装光电复合缆一端通过水密接插件与舱内嵌入式系统连接,另一端与甲板监控系统相连接,实现水下与水上的通信。系统工作时,首先根据多波束获取的海底地形信息、GPS定位信息等选取合适的坐底位置,然后将规模取样器下放至目标地点,随后对系统上电便可以对海底富钴结壳进行开采取样。技术人员通过上位机控制规模取样器的铣挖头对结壳进行破碎,破碎的同时使用取样器的泵吸装置将破碎的结壳吸进储存箱中。铣挖任务结束后,将规模取样器回收至甲板,即完成对富钴结壳的开采取样。本文完成了水下嵌入式系统的硬件电路设计,板上嵌入式软件的设计,上位机软件的设计并完成了整个系统的构建和调试。同时为满足铣挖头工作参数条件,使系统适应各种类型的富钴结壳铣挖,通过对铣挖马达数学模型的分析,设计了一种基于滑动变结构算法的铣挖马达控制算法,可以在任何地形下工作时,铣挖马达都能在安全的参数范围内工作。系统经过了实验室和车间调试,系统可以实现预定的各种功能和参数。
【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】：2018
【分类号】：P715
【图文】：

PT100温度变送器

图 3.1 电源滤波及 5V 稳压电路24V 转 5V 电路使用 TI 公司的 TPS5430，它是一款宽电压、大电流、低压差的高效率的开关降压电源芯片。在电路前级使用二极管 FSV530AF 来预防输入电源正负极反接，使用一片 24V 的瞬间浪涌抑制二极管来抑制输入电压由于电源不稳定导致的瞬间的电压尖峰，同时还具有稳压的作用，使得输入电源电压稳定在 24V 左右。根据数据手册[42]，TPS5430 输出电

图 3.2 3.3V 稳压电路根据数据手册设计上述电路结构，为了便于调试电路，在电路输出级设计有 LED 显路。同时为了便于调试其他功能电路，在那些电路的电源输入前均设计有 0 欧姆电阻，在电路时，如果发现电路电源有问题，可以断开相关电路电源输入前的电阻，然后在 查电路是否有问题，这样更方便里调试时发现问题和解决问题，电路原理图如 3.3 所示。

【参考文献】

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本文编号：2798489