波浪传感器数据采集及检测系统

论文摘要

海洋仪器设备是人类认识海洋、开发利用海洋资源和保护海洋环境的重要物质基础。今天,海洋技术和海洋仪器设备已成为衡量海洋国家综合国力和科学技术水平的重要标志。在海洋监测的所有要素中,波浪是最基本最重要也是最复杂的一种。因此,研究和开发波浪观测仪器就显得尤为重要。在众多的海洋波浪监测技术中,由中国海洋大学研制的波浪传感器获得了广大海洋工作者的认同。波浪传感器不仅可以用在小型波浪浮标上,其典型代表就是SZF型波浪浮标;它还可以用在大型海洋资料浮标上,国家海洋局东海分局管辖的QF201大型海洋资料浮标中对波浪的观测,就是使用的该波浪传感器,到写本文为止,一切运行良好。本文依托课题:一是国家863计划海洋监测技术成果标准化工程项目:波浪方向浮标;二是中国海洋大学和国家海洋局东海分局合作开发的大型海洋资料浮标项目。论文介绍了波浪传感器的系统组成,然后分别介绍了各个组成部分的构成和设计原理,重点解决了各个组成部分的检测方法改进设计,包括软件编写,部分硬件电路图的设计和实现。本文中的波浪传感器采用重力加速度原理进行波浪测量,主要有波高倾斜数据采集系统、方位数据采集系统、主板处理系统组成,实现对波高、波周期和波向的测量。在波高倾斜数据采集系统中介绍了重力加速度传感器和倾角传感器的性能、安装方式、工作原理及系统的组成。在方位数据采集系统中,介绍了方位传感器的选择、安装、工作原理,对电路的总体结构设计及各个主要模块的主要功能进行了阐述。另外,在两个采集系统介绍中给出了到主板后波高、波周期、波向的计算方法。检测方法的好坏,对波浪传感器的性能稳定性,测量精度都有很大的影响。在原有检测方法的基础上,进行新的检测方法的探索和研究是本文的重点。在对波高倾斜数据采集系统的检测,针对采集板是模拟信号,我们将其进行数字化处理,利用计算机中的软件实现实时数据绘图。软件程序使用的是VC++6.0和MATLAB联合编写,发挥各自的优势。在进行方位数据采集系统的检测时,由于系统存在较大的非线性误差,采用引入修正值法,大大减小了系统误差。软件编写也是利用VC++6.0中的COMM控件进行编写,实现对数据的处理和存储。再利用MATLAB进行数据的进一步处理,生成程序代码自插表,可直接添加到单片机修正程序中。文章最后给出了波浪传感器的整体性能检测。实践证明,该套检测方案可行实用,对提高波浪传感器的性能,检测产品的好坏,起到了正确而可靠的保障,现已经投入使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 研究意义
• 0.2 研究的背景
• 0.3 研究内容及创新点
• 0.4 论文组织安排
• 1 波高、倾斜数据采集系统
• 1.1 波浪传感器测量原理
• 1.1.1 波高和周期的测量
• 1.1.2 波向的测量
• 1.2 波高倾斜一体化传感器的组成
• 1.2.1 加速度计传感器的选择及其工作原理
• 1.2.2 倾斜传感器的选择及其工作原理
• 1.3 波高倾斜一体化传感器的组装结构
• 1.4 波高倾斜数据采集系统的系统组成
• 1.4.1 波高数据采集部分的系统组成
• 1.4.2 倾角数据采集部分的系统组成
• 1.5 波高、倾斜数据到主板中的处理
• 1.5.1 波浪特征值简介
• 1.5.2 波高特征值的计算处理
• 1.5.3 波周期的计算
• 1.6 本章小结
• 2 波高、倾斜数据采集系统的检测
• 2.1 原有的波高数据采集系统检测方法概述
• 2.2 新的波高数据检测方法中数字化电路设计及驱动程序开发
• 2.2.1 硬件电路总体设计
• 2.2.2 单片机的选择
• 2.2.3 A/D 转换器的选择
• 2.2.4 通道选择器的选择
• 2.2.5 串口转换芯片的选择
• 2.2.6 实时时钟芯片的选择
• 2.2.7 电压变换器芯片的选择
• 2.2.8 驱动程序设计
• 2.3 波高检测系统的上位机软件设计
• 2.3.1 MATLAB 与VC 接口方式分析
• 2.3.2 应用程序界面的开发
• 2.3.3 利用MATLAB 绘制实时波高采样曲线
• 2.4 波高检测过程及结果分析
• 2.5 倾斜数据采集系统检测
• 2.5.1 倾斜数据采集系统的调试
• 2.5.2 倾斜数据采集系统的检测方法
• 2.6 本章小结
• 3 方位数据采集系统
• 3.1 方位传感器的选择及工作原理
• 3.1.1 方位传感器的选择
• 3.1.2 方位传感器的工作原理
• 3.2 方位数据采集电路的组成
• 3.2.1 系统总体组成
• 3.2.2 芯片器件的选择
• 3.2.3 FLASH 存储器的选择
• 3.2.4 硬件看门狗芯片的选择
• 3.3 方位采集数据在主板中数据的处理
• 3.4 波向的计算
• 3.5 本章小结
• 4 方位数据采集系统的检测
• 4.1 检测所用的装置
• 4.2 原有的检测方法
• 4.3 新的检测方法
• 4.3.1 硬件设计
• 4.3.2 软件设计
• 4.3.3 修正后的检测
• 4.4 本章小结
• 5 传感器整体性能检测
• 5.1 整体测试的意义
• 5.2 整体检测的方法
• 5.2.1 功能性检测
• 5.2.2 其它试验检测
• 5.3 本章小结
• 6 结语与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文