矢量水听器信号调理与数据采集系统设计与实现

论文摘要

水声数据采集是水声技术研究的重要环节,随着水声各领域研究的日益深入,应用于水声数据采集的采集系统越来越呈现出多样性,且功能性越来越强。矢量水听器是一种有效的水声信号接收设备,近年来矢量水听器数据采集一直是一个热门课题。基于此,本文对应用于潜标系统的矢量水听器信号调理与数据采集系统进行研究。一组有效的矢量水听器数据应该包括矢量水听器的数据、时间信息、矢量水听器方位和姿态信息等,本系统矢量水听器数据由矢量水听器信号经过A/D转换获得,时间信息由实时时钟芯片获得,方位信息由串口接收GPS数据获得,姿态信息由串口接收罗经数据获得。数据经过整理存储在大容量CF卡中,系统以FAT32文件系统形式对数据进行管理。本文分为硬件电路设计、软件设计和系统测试。硬件部分包括信号调理电路和数字电路两部分,信号调理电路对矢量水听器输出信号进行放大、滤波等预处理,数字电路部分对数据进行采集、存储、传输等管理。软件设计部分包括MSP430单片机程序开发、CPLD程序开发、USB程序开发和上位机界面开发。系统测试部分对系统主要性能进行测试,利用系统进行数据采集和分析。通过系统性能测试和数据采集实验,本文设计的数据采集系统基本满足设计指标,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 国内外历史与现状
• 1.3 矢量水听器信号调理与数据采集系统简介
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 主要技术指标
• 1.3.3 系统简介
• 1.3.4 MSP430单片机概述
• 1.3.5 复杂可编程逻辑器件概述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 水声信号调理板设计与调试
• 2.1 放大电路设计和集成运放选择
• 2.1.1 仪表放大电路设计
• 2.1.2 反相放大电路设计
• 2.1.3 可控增益放大电路设计
• 2.2 低通滤波电路设计
• 2.2.1 滤波器的分类
• 2.2.2 开关电容滤波器原理
• 2.2.3 滤波器电路设计
• 2.3 射随电路设计
• 2.4 模拟电源设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 水声数据采集电路设计与调试
• 3.1 MSP430单片机电路设计
• 3.1.1 实时时钟电路设计
• 3.1.2 串口通信模块电路设计
• 3.1.3 复位电路设计
• 3.2 CPLD模块电路设计
• 3.2.1 A/D转换电路设计
• 3.2.2 数据缓存电路设计
• 3.2.3 CF卡电路设计
• 3.3 USB接口电路设计
• 3.3.1 USB通讯的实现方法
• 3.3.2 Slave FIFO模式接口电路
• 3.3.3 GPIF模式接口电路
• 3.3.4 电路设计
• 3.4 电源设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 数据采集系统软件设计与实现
• 4.1 MSP430单片机软件设计
• 4.1.1 实时时钟程序设计
• 4.1.2 FAT32文件系统建立
• 4.1.3 罗经程序设计
• 4.2 USB程序设计
• 4.3 CPLD程序设计
• 4.3.1 CPLD端口控制程序设计
• 4.3.2 数据采集及存储程序设计
• 4.4 系统调试界面设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 数据采集系统调试
• 5.1 数据采集系统测试
• 5.1.1 通道一致性测试
• 5.1.2 系统功耗和稳定性测试
• 5.2 数据采集实验
• 5.2.1 正弦信号采集实验
• 5.2.2 线性调频信号采集实验
• 5.2.3 罗经数据采集
• 5.3 数据采集系统装配
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录