基于倾角法的海流计设计

论文摘要

中国是一个海洋大国,海洋为我国社会经济可持续发展提供了有力的保证,为了更好的利用海洋资源、保护海洋环境,就必须对海洋进行调查、监测和研究,而海洋仪器是完成这项工作的有力工具。海流作为海洋水文三大要素之一,在海洋调查中极其重要,它与海洋水文规律和人类海上活动都有着密切关系。海洋流场的实时监测和测量是海洋科学考察的主要内容,海洋环境保护、海洋环境评价、海洋工程开发、海洋防灾减灾和军事海洋学均把它作为重要参数。因此获取准确、实时的海流资料不断充实海流数据库,对加速国民经济增长和国防建设具有重要意义。观测海流的方法很多,其中方便可靠的就是使用各种不同的流速仪。目前,国际上成熟的流速仪产品,按其测量原理主要有超声波流速仪、旋桨流速仪、电磁流速仪、激光流速仪、热线测速仪和粒子图像测速仪。虽然国产流速仪亦有多种类型,但总体上还不能满足我国水文测流需要,且部分产品组成复杂、测量方式单一、体积大、测量精度不高。基于上述不足及当今流速仪发展趋势,本课题采用基于倾角法测流原理,立足于研制出一个体积小、重量较轻、精度高、性能稳定、具有数据存储和显示功能、性价比较高的流速仪。本文依托课题:基于倾角法的多层海流测量技术,是国家“十一五”863计划海洋技术领域—海洋环境立体监测技术课题之一。文中介绍了海流计在国内外的发展现状及发展趋势,海流计的设计流程、性能指标和设计要求,器件的选择标准,电路的硬件设计,软件流程的编写,以及数据结果的图形显示和界面的编程实现等。并在此基础上,详细介绍了倾角法流速测量的原理,给出了其数学模型。通过实验室的一系列测试,试验结果表明,海流计的各项指标达到设计要求,能较好的满足对系统稳定性、实时性、测量准确度等方面的要求,且系统设计有良好的用户界面,功能完备,操作简便,有利于科研人员及时、准确的获取海流信息,有着良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 流速仪的应用和发展
• 1.2 流速仪在国内外的研究情况
• 1.2.1 流速仪在国外的研究情况
• 1.2.2 流速仪在国内的研究情况
• 1.3 基于倾角法海流计的研究背景及意义
• 1.4 课题来源及课题任务
• 1.5 海流计系统设计步骤
• 2 系统的总体设计方案
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 流速测量原理
• 2.3 海流计设计技术指标
• 2.4 系统设计难点及重点
• 2.5 系统的总体结构
• 2.5.1 系统结构
• 2.5.2 水下海流计部分
• 2.5.3 手持式数据接收终端
• 2.5.4 通讯电缆
• 2.6 多层测流链技术
• 2.7 本章小结
• 3 海流计硬件设计
• 3.1 海流计结构图
• 3.2 单片机的选择
• 3.3 数据采集处理部分
• 3.3.1 传感器原理及其选择
• 3.3.2 A/D 转换器
• 3.4 外围电路的选取
• 3.4.1 日历时钟芯片
• 3.4.2 FLASH 存储器
• 3.4.3 硬件“看门狗”
• 3.5 硬件电路抗干扰设计
• 3.5.1 抑制干扰源
• 3.5.2 切断干扰传播
• 3.5.3 提高敏感器件的抗干扰性能
• 3.5.4 印刷电路板的抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统软件设计思想
• 4.2 海流计功能的软件实现
• 4.2.1 主程序模块
• 4.2.2 串行通讯模块
• 4.2.3 采样管理模块
• 4.2.4 数据采集模块
• 4.2.5 数据分析处理模块
• 4.2.6 数据存储模块
• 4.3 PC 机程序设计及界面的软件编程
• 4.3.1 与PC 机的串口通讯
• 4.3.2 数据转换
• 4.3.3 数据处理与图形显示
• 4.4 软件抗干扰措施
• 4.4.1 开机自检程序
• 4.4.2 指令冗余技术
• 4.4.3 数字滤波技术
• 4.4.4 软件陷阱技术
• 4.5 本章小结
• 5 海流计结构及性能测试
• 5.1 海流计结构
• 5.2 系统运行情况
• 5.2.1 实验室实验
• 5.2.2 外海实验
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文