深海海底边界层原位监测中控制系统的设计与实现
近年来,深海海底边界层原位监测技术得到国家的高度重视和发展。深海海底边界层是化学、物理与生物过程相互作用与耦合十分复杂的区域。海底原位监测技术是一种集各种海洋仪器与机电技术为一体,可对海底边界层生物、水文与地质等多种要素的变化进行定点、连续、实时监测的水下观测技术。近年来,研究发展深海海底边界层原位监测技术,已成为国际深海探测的主要技术手段,对于促进深海科学研究、加快提升我国海底资源探测开发技术等具有极为重要的意义。 本文以爱特梅尔AT91SAM9263及MSP430单片机为控制核心,集成海洋探测仪器、机电设备、浮力设备、自容电源,实现在深海海底边界层进行长期、稳定、可靠的实时水下监测。 系统采用投放方案。船舶在指定海域投放系统并于海试结束后回收,中间过程不再进行控制,要求系统能够自动判断当前系统环境(岸上、投放过程、海底、回收),控制系统平台中海洋仪器的升降及在海底进行长期可靠的实时数据采集与存储。这对系统的自主性、稳定性、自容性提出了较高的要求。本文对控制系统进行了详细的分析及设计,实现了系统的自动化控制。双ARM冗余设计、基于TCP/IP的通讯、高效可靠的数据采集算法、异常处理机制保证了系统较高的可靠性与稳定性。电源管理系统保证了系统以很低的功耗长期稳定运行。 本文共分五章。引言分析了国内外深海海底边界层原位监测系统发展状况,然后介绍了系统的工作流程。第一章提出了系统的设计方案并对各硬件模块进行详解。第二章叙述了嵌入式系统平台的搭建过程。第三章讲解了ARM嵌入式系统与MSP430单片机应用程序的结构,流程和算法。第四章介绍了系统的实验室调试与水池联合调试过程,并给出了监测数据结果。第五章对论文的主要工作进行了总结和展望。
深海海底边界层;嵌入式系统;自动化;冗余控制;原位监测
中国海洋大学
硕士
信号与信息处理
李欣
2012
中文
TP368.1;P716
75
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）