SZF型波浪浮标数据采集系统及数据处理软件设计

论文摘要

在海洋监测技术领域,小型波浪浮标是一种非常重要的仪器,对这种仪器的研究也一直受到人们的重视和关注。本文依托的课题:波浪方向浮标,是国家863计划——海洋监测技术成果标准化工程的一个重要项目。本文首先介绍了国外几种比较典型的波浪浮标和我国测波仪器发展的历史和现状,然后介绍了关于SZF型波浪浮标采集系统的总体设计方案,各功能部件的主要工作原理,包括:单片机的选择、A/D转换芯片的选择、数据存储器的选择,波高倾斜一体化传感器的工作原理,波向测量模块的介绍。最后介绍了一种基于SZF型波浪浮标而编写的数据处理软件。本文中的SZF型波浪浮标数据处理软件是借助于visual basic与Matlab两种软件的联合编程,两种软件的接口技术为联合编程提供了条件。数据处理软件借助于Vb串口技术实现了数据的预处理:将原始数据文件转化为十进制的数据文件,为后续的数据处理做好准备。在联合编程部分,首先将数据文件读入VB数组,进行处理,然后将处理后的数组读入Matlab矩阵,最后利用Matlab的计算引擎进行计算,完成画图。软件运行的最终结果为:波高数据的时间序列图、滤波后的序列图、功率谱、方向谱。SZF型波浪浮标项目已通过国家863项目小组的评审,通过大量的实验和海上实际应用表明,本文中的SZF型波浪浮标数据处理软件稳定可靠。

论文目录

• 中文部分
• 摘要
• Abstract
• 0 引言
• 0.1 波浪观测的意义
• 0.2 国外测波浮标发展及现状
• 0.2.1 国外典型的波浪浮标
• 0.3 我国测波浮标发展的历史和现状
• 0.4 SZF型波浪浮标系统简介
• 1 整体结构设计
• 2 数据采集系统
• 2.1 单片机及外围芯片的选择
• 2.1.1 单片机选择
• 2.1.2 FLASH存储器选择
• 2.1.3 定时芯片的选择
• 2.1.4 A/D转换器的选择
• 2.2 传感器结构设计
• 2.2.1 波高和周期的测量
• 2.2.2 波向的测量
• 2.3 岸站部分
• 2.3.1 岸站接收机
• 2.3.2 上位机
• 2.4 测量指标及参数
• 2.4.1 测量指标
• 2.4.2 浮标系统技术参数
• 2.5 本章小结
• 3 数据通讯
• 3.1 通讯协议
• 3.1.1 硬件协议EIA-RS-232C
• 3.1.2 软件协议Modbus
• 3.2 MSComm控件
• 3.3 串行通讯模块命令及数据格式
• 3.3.1 上位机向浮标接收机发出命令
• 3.3.2 浮标接收机发送数据
• 3.4 串行通讯的实现与数据的预处理
• 3.5 本章小结
• 4 数据处理模块
• 4.1 快速付里叶变换（FFT）原理
• 4.2 功率谱
• 4.3 海浪方向谱
• 4.4 功能实现
• 4.4.1 编程思想
• 4.4.2 接口方式选择
• 4.4.3 Vb与matlab接口实现
• 4.5 数据处理模块运行效果
• 4.6 本章小节
• 5 应用
• 6 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 英文部分
• 0 introduction
• 0.1 the meaning of wave observation
• 0.2 development and status of foreign wave measuring buoy
• 0.2.1 typical foreign wave buoys
• 0.3 development of domestic wave buoy
• 0.4 brief introduction of SZF-wave buoy system
• 1 overall structural design
• 2 Data Acquisition System
• 2.1 the choice of SCM and peripheral chips
• 2.1.1 the choice of SCM
• 2.1.2 the choice of FLASH storage
• 2.1.3 the choice of timing chip
• 2.1.4 the choice of A/D transformer
• 2.2 Design of the sensors
• 2.2.1 the measurement of wave height and period
• 2.2.2 the measurement of wave direction
• 2.3 the part of land station
• 2.3.1 land receiver
• 2.3.2 PC computer
• 2.4 the index and parameter of the system
• 2.4.1 the index
• 2.4.2 the parameter
• 2.5 brief summary of this chapter
• 3 Data communications
• 3.1 communications protocols
• 3.1.1 hardware protocol EIA-RS-232C
• 3.1.2 software protocol Modbus
• 3.2 MSComm controls
• 3.3 the orders and data format of Serial Communication Module
• 3.3.1 PC send orders to land receiver
• 3.3.2 land receiver send wave data to PC
• 3.4 realization of serial communication and data pretreatment
• 3.5 brief summary of this chapter
• 4 Data-processing module
• 4.1 principle of fast Fourier transform（FFT）
• 4.2 power spectrum
• 4.3 direction spectrum
• 4.4 function realization
• 4.4.1 Programming thinking
• 4.4.2 interface choose
• 4.4.3 interface of vb and matlab
• 4.5 operating results of data processing module
• 4.6 brief summary of this chapter
• 5 application
• 6 follow-up Prospect
• References
• Acknowledgement
• Resume