航道疏浚实时测量系统的研究

论文摘要

随着进出港口船舶的大型化,航道疏浚行业的发展越来越快。在航道疏浚过程中进行实时测量是非常必要的,它可以实时监控疏浚深度以确保疏浚航道平整,还能保护疏浚设备免受损坏。本课题针对需要,并以方便操作人员为目的,利用MCS-51系列单片机作为CPU,设计出了一套比较实用的、操作简单的航道疏浚实时测量系统。本文根据船舶自身的参数,建立了适合于本系统的测量数学模型;提出了合适的消除随机噪声的Kalman滤波器模型,并给出了实际的参数;细致分析了系统功能和控制目标,在此基础上,划分了航道疏浚实时测量系统硬件和软件系统的功能模块。根据划分的硬件功能模块,选择了适当的芯片,对芯片的特点进行了详细地分析,设计了硬件电路原理图和PCB图,具有如下特点:1.采用两级译码技术,有效地利用了地址空间;2.设计了低噪声的信号预处理电路,提高了A/D转换精度;3.设计了掉电保持信息的电子磁盘。在软件功能模块的基础上,规划了系统软件的总体结构,及系统的工作模式;利用汇编语言设计了控制所有功能的软件程序;采用了循环扫描机制和中断管理相结合的方法,实现了实时多任务的管理;并使用了前后台技术,前台用于界面管理,后台用于实时测量,方便了用户;设计了电子磁盘的控制程序;采用VisualC++ 6.0开发了PC机接收数据和显示数据的程序。对航道疏浚实时测量、航道疏浚实时测量系统与电子磁盘并行通信、电子磁盘与PC机串行通信进行了实验,并在此基础上,利用PC机和D/A控制卡产生一个随机信号作为噪声,加在传感器采集的信号上,进行了噪声干扰实验,验证了本系统的可靠性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 实时测量系统概论
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 航道疏浚实时测量系统数学模型和数字滤波器的设计
• 2.1 航道疏浚实时测量系统的数学模型
• 2.2 航道疏浚实时测量系统数字滤波器的设计
• 2.3 航道疏浚实时测量系统功能模块的划分
• 2.3.1 航道疏浚实时测量系统硬件结构功能模块
• 2.3.2 航道疏浚实时测量系统软件结构功能模块
• 第三章 航道疏浚实时测量系统硬件结构设计
• 3.1 航道疏浚实时测量系统的总体结构
• 3.2 CPU 及其扩展模块
• 3.3 人机界面模块
• 3.4 数据采集模块
• 3.5 通信模块
• 3.6 电子磁盘硬件设计
• 第四章 航道疏浚实时测量系统的软件设计
• 4.1 航道疏浚实时测量系统软件的总体结构
• 4.2 航道疏浚实时测量系统工作模式
• 4.3 采样计算模块
• 4.3.1 采样子模块
• 4.3.2 数字滤波子模块
• 4.3.3 安全报警子模块
• 4.4 常数计算模块
• 4.5 串行通信模块
• 4.6 磁盘管理模块
• 4.7 实时时钟模块
• 4.8 键处理模块
• 4.9 电子磁盘软件设计
• 4.10 PC 机通信软件设计
• 第五章 系统实验调试
• 5.1 数据采集实验调试
• 5.2 并行通信实验调试
• 5.3 串行通信实验调试
• 5.4 噪声干扰实验调试
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 发表论文说明
• 致谢