声学海流计测量仪研制

发布时间：2017-05-29 02:11

  本文关键词：声学海流计测量仪研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国是一个海洋大国,但是还不属于海洋强国。我国海洋经济的发展、开发利用、科学研究、综合管理以及海洋军事活动等都需要从海洋自动观测技术上获得技术上的支持。拥有先进的海洋自动观测仪器是我国步入海洋强国之列的必要前提条件之一。海流是海洋中一种重要的水文要素,海洋流场的实时监测与测量也是海洋科考的重要内容。伴随着信息化、网络化、智能化的不断发展,嵌入式系统技术也获得了广阔的发展空间,成为一个崭新的技术热点与发展方向。嵌入式系统是以应用为中心,软件和硬件可以裁减的计算机系统,在工业控制领域得到了广泛地应用。伴随着应用领域不断增大的需求,对控制设备的性能也相应地提出了更高的要求。本课题是属于国家高技术研究发展计划(863计划)深海高精度声学海流计与大深度拖曳剖面测量系统的子课题—500米高精度声学海流计,其系统由两部分构成：传感器部分(由东海站开发),仪器部分(由中国海洋大学开发),而本论文研究的重点是仪器部分,即声学海流计测量仪的研制。本文在充分了解海流计的背景,国内外研究发展动态以及嵌入式技术的基础上,确立了声学海流计测量仪的通信协议、硬件平台以及软件实现方案。系统的硬件平台是以微控制器STM32F107VCT6为核心,根据功能的需求,对系统的主控制器模块、日历时钟模块、键盘输入模块、液晶显示模块、数据存储模块、压力传感器模块以及姿态传感器模块进行了详细地介绍。在IAR这个软件开发平台上利用C程序设计语言,由模块化的软件设计方式,根据制定出的通信协议,对系统的流量计与主控制器之间的通讯,按键接口驱动程序,数据的存储与回放,LCD的显示进行了相应的软件设计,实现了对于海水的流速、流向、温度、姿态、深度等各个参数的测量。系统拥有较高的稳定性和可靠性,操作简单方便,大大地提高了工作的效率。论文的最后,对论文进行了深入地总结,并且针对下一步的补充设计工作进行了展望。
【关键词】：嵌入式系统 声学海流计测量仪 STM32F107VCT6 模块化
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH766.21
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-16
• 1.1 引言11
• 1.2 国内外海流计的研究发展动态11-13
• 1.2.1 国外动态11-12
• 1.2.2 国内动态12-13
• 1.3 嵌入式系统概述13-14
• 1.3.1 嵌入式系统定义13
• 1.3.2 嵌入式系统特点13-14
• 1.3.3 嵌入式系统的组成14
• 1.3.4 嵌入式系统的发展趋势14
• 1.4 课题的总体目标14-15
• 1.5 课题的总体任务及研究意义15
• 1.6 本论文解决的关键技术问题15
• 1.7 论文组织结构15-16
• 2 海流计测量原理的总体设计16-24
• 2.1 系统基本参数16
• 2.2 系统指标16
• 2.3 海流计技术路线的实施细则16-23
• 2.3.1 海流计技术路线的整体描述16-17
• 2.3.2 海流计系统功能配置17
• 2.3.3 海流计的系统组成17-18
• 2.3.4 换能器阵18
• 2.3.5 电气接口18
• 2.3.6 海流测量原理18-21
• 2.3.7 接收电路设计21
• 2.3.8 声速校准21-22
• 2.3.9 耐压外壳设计22
• 2.3.10 测流精度估计22-23
• 2.4 课题的主要创新点23-24
• 3 声学海流计测量仪的硬件设计和软件设计24-41
• 3.1 声学海流计测量仪的硬件系统设计24-35
• 3.1.1 硬件系统的总体设计24
• 3.1.2 嵌入式ARM处理器的介绍24-25
• 3.1.3 日历时钟模块介绍25-26
• 3.1.4 键盘输入模块26-27
• 3.1.5 液晶显示屏硬件接口电路设计27-30
• 3.1.6 数据存储模块设计30-33
• 3.1.7 压力传感器33-34
• 3.1.8 姿态传感器34-35
• 3.2 声学海流计测量仪的软件系统设计35-41
• 3.2.1 软件系统的总体设计35-36
• 3.2.2 流量计与主控制器之间的通讯工作流程36-37
• 3.2.3 按键接口驱动程序37-38
• 3.2.4 数据存储与回放38-39
• 3.2.5 LCD的设计39-41
• 4 通讯协议41-50
• 4.1 主控制器与流量计之间的通讯协议41-45
• 4.1.1 仪器设置传感器时间命令(01命令)42
• 4.1.2 仪器读取传感器时间命令(02命令)42-43
• 4.1.3 传感器回送自检结果(03命令)43
• 4.1.4 传感器定时回送海流采集结果(04命令)43-44
• 4.1.5 仪器发送给传感器深度和姿态命令(05命令)44
• 4.1.6 仪器设置传感器关机命令(06命令)44-45
• 4.2 主控制器与KELLER压力传感器之间的通讯协议45-47
• 4.3 主控制器与姿态传感器之间的通讯协议47-48
• 4.3.1 获取数据指令47
• 4.3.2 获取信息指令47
• 4.3.3 开始校准指令47-48
• 4.3.4 停止校准指令48
• 4.4 主控制器与上位机之间的通讯协议48-49
• 4.5 CRC校验原理49-50
• 5 系统测试50-53
• 6 总结与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-57
• 致谢57-58
• 个人简历58-59
• 发表的学术论文59

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本文编号：403945