海洋远程浮标数据传输与处理系统研制

论文摘要

当今世界科学技术发展迅速,地球上陆地资源消耗速度越来越快,而占据了地球表面三分之二以上的海洋则拥有极其丰富的资源,并以其广阔的空间及对地球环境气候巨大的必不可少的调节作用,成为全球生态系统及人类发展的一个重要组成部分。发展海洋高新科技,尤其是海洋通信技术已成为世界海洋技术领域的一大主题。然而目前的海洋通信技术却不能满足海洋高新技术发展的需求,如何实现实时有效的海洋数据传输成为海洋通信技术的发展方向。针对这种情况,本文设计了一套海洋远程浮标数据传输与处理系统,旨在改善当前海洋数据传输能力并提供一种实时有效的数据传输技术,以推动海洋科技的发展。本论文提出集XTend、数传电台、GPRS及铱星四种通信方式于一体的设计方案,主要包括两部分功能：多模式数据收发平台完成数据的发送和接收,同时实现多种通信方式的智能切换；上位机软件完成数据收发平台的控制及数据的存储和显示。本文要完成的主要工作为：嵌入式系统硬件设计、嵌入式系统软件设计、用户交互协议设计、数据收发平台通信协议设计、岸基数据接收服务中心软件设计、系统调试。嵌入式系统硬件以T91SAM9260为处理器,设计了时钟电路、存储器电路、以太网电路、USB电路、通信电路、电源电路等。嵌入式系统软件以实现用户交互协议和数据收发平台通信协议为目标,同时实现一些其它功能如数据的暂时存储。用户交互协议提供了可靠的传输机制和流量控制机制,以保证用户与数据收发平台交互数据传输的可靠性。数据收发平台通信协议具有基本的数据中继传输功能和数据帧过滤功能,同时可用于信号质量的检测。岸基数据接收服务中心软件完成了数据的接收和发送,对于接收到的数据,以图表方式显示在界面上并存储在数据库中以方便后续历史数据分析,同时,也可对数据收发平台进行配置。调试中首先对系统硬件和软件的各个模块进行调试,其次在实验室对整个系统进行联合调试,经过调试和实验,证明本论文设计的海洋远程浮标数据传输与处理系统达到了最初的设计目标。在论文的最后,总结了本课题完成的工作以及存在的不足,并展望了未来海洋通信技术的发展,同时对本课题接下来要完善的工作和改进的地方作了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景及意义
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4 课题研究内容及章节安排
• 第2章 系统原理与总体设计
• 2.1 无线通信与传输损耗
• 2.2 系统方案
• 2.2.1 本论文研究课题的特点
• 2.2.2 多模式数据收发平台方案选择
• 2.2.3 主控制器方案选择
• 2.2.4 软件开发工具选择
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 处理器核心电路
• 3.2 JTAG电路
• 3.3 SDRAM电路
• 3.4 Flash电路
• 3.5 以太网接口电路
• 3.6 串行口及通信模块接口电路
• 3.7 SD卡接口电路
• 3.8 USB接口电路
• 3.9 系统电源电路设计
• 第4章 通信协议制定
• 4.1 数据收发平台用户交互协议
• 4.1.1 链路层设计
• 4.1.2 数据校验
• 4.1.3 传输层设计
• 4.1.4 传输可靠性和流量控制
• 4.1.5 应用层设计
• 4.2 多模式数据收发平台间通信协议
• 4.2.1 链路层设计
• 4.2.2 应用层设计
• 4.3 小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 通信协议底层程序设计
• 5.1.1 链路层程序设计
• 5.1.2 传输层程序设计
• 5.2 嵌入式系统软件设计
• 5.2.1 嵌入式系统选择
• 5.2.2 嵌入式平台搭建
• 5.2.3 数据存储程序设计
• 5.2.4 模块底层通信程序设计
• 5.2.5 嵌入式系统应用层程序设计
• 5.3 上位机控制软件设计
• 5.3.1 POP3协议解析
• 5.3.2 Base64编解码程序设计
• 5.3.3 网络通信程序
• 5.3.4 串口通信程序设计
• 5.3.5 数据存储
• 5.4 小结
• 第6章 系统调试
• 6.1 硬件调试
• 6.2 软件调试
• 6.3 实验室调试
• 6.4 海试
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B