低功耗自容式机械海流计的研制
我国海洋资源丰富，其有力的保障了我国经济可持续发展，为了使海洋资源更好的为我国经济建设服务，同时避免海洋环境遭受污染，我们必须对海洋进行监测、调查和研究，获取海洋资料的各项参数，这就需要性能可靠、工作稳定的海洋仪器。 海流是基础海洋资料之一，是海洋监测、调查和研究中不可或缺的重要参数，海洋测量考察的重要内容是海洋流场的实时监控和测量，海流测量中最经常使用的仪器装置是海流计。随着半导体技术和电子信息技术的快速发展，海流测量装置也日新月异，尽管一大批依据声学多普勒效应原理和声学时差法原理制成的海流计相继出现，但机械转子式海流计仍因其价格低廉被广泛的应用，如RCM-4S、SLC9-2直读型海流计。 本文研究了目前业界普遍使用的SLC9-2型直读式海流计，针对其功耗大，连续工作时间较短的问题，本设计水下探测器分别从芯片选型、器件工作模式和软件优化三个方面降低功耗，如本设计选择低功耗的STM32F103VE芯片为CPU;在非数据采集时间段内，CPU关闭各数据采集模块，同时CPU被设置为低功耗模式;软件优化流速、流向测量，深度、温度测量和数据保存等任务的工作流程。此外采用大容量的锂离子电池供电，以提高海流计工作时间，同时减小本设备的体积。针对因电缆长度造成的成本较高、工作深度较浅的问题，本设计运用现代无线传输技术、无线充电技术、大容量存储技术，实现探测器的自容式数据存储，同时降低了该设备的维护难度。针对流向测量精度较低的问题，本设计采用高精度姿态测量方案，CPU采集3维加速度计数据A、3维陀螺仪数据W和3维磁强计数据H，通过四元数实现数据融合算法求得探测器的姿态角，从而得到流向角，增加了流向测量精度。同时本设计体积较小、维护简单、可在水下长时间稳定工作，完全满足各种海洋作业中海流测量需求，尤其适合对功耗和成本要求较高的场合，如浮标上测流装置。 为更好的回收海流计水下探测器的数据，本设计研制了配套的水上数据采集器，数据采集器同样选择低功耗的STM32F103VE芯片为CPU，通过无线传输模块、无线充电模块、外置大容量Flsah、4.3寸电容触摸显示屏等外围器件实现良好的图形用户界面，直观方便的实现对水下探测器复位、设置采样间隔和采集探测器SD卡中数据等功能，并能通过液晶显示屏直观的查看数据传输进度、电池电量等信息。
低功耗自容式机械海流计;模块化设计;流向测量精度;水上数据采集器
中国海洋大学
硕士
海洋信息探测与处理
张凯临
2015
中文
TH766.21;TH702
67
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）