【摘要】：海底蘊藏豐富的礦產(chǎn)資源、天然氣水合物資源和油氣資源，其戰(zhàn)略地位日益受各國所重視。隨著科技的發(fā)展，社會的需求，我國在十二五期間提出將建設(shè)海底長期科學(xué)觀測網(wǎng)。海底觀測網(wǎng)是在海底搭建電能傳輸線路以及光纖網(wǎng)絡(luò)連接在海底觀測點附近的海底科學(xué)觀測儀器和陸地基站監(jiān)控中心，基站監(jiān)控中心可以實時在線獲取海底科學(xué)觀測儀器采集到的觀測數(shù)據(jù)�；诤５子^測網(wǎng)的原位激光拉曼光譜采集系統(tǒng)放置在海底，是一種連接在海底觀測網(wǎng)中的科學(xué)觀測系統(tǒng)，主要功能是采集海底拉曼光譜，對海底的酸根離子進行原位測量。本文主要研究基于海底觀測網(wǎng)的原位激光拉曼遠程通訊控制，將整個系統(tǒng)設(shè)計為三部分：基站監(jiān)控中心、傳輸主干網(wǎng)、海底拉曼光譜采集系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容如下： 1.基于海底觀測網(wǎng)的原位激光拉曼光譜采集系統(tǒng)的遠程通訊控制的整體設(shè)計：根據(jù)海底觀測網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計適合拉曼光譜采集系統(tǒng)的海底觀測網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，分為基站監(jiān)控中心、傳輸主干網(wǎng)、海底拉曼光譜采集系統(tǒng)三個部分。本文研究了海底觀測網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通信方式以及連接方式，海底拉曼光譜采集部分的拓撲結(jié)構(gòu)：一個拉曼控制艙控制兩個拉曼探測艙，采集兩種光譜。 2.傳輸主干網(wǎng)的硬件結(jié)構(gòu)以及軟件設(shè)計：傳輸主干網(wǎng)連接基站監(jiān)控中心和拉曼光譜采集部分中的拉曼控制艙，本文研究了基站監(jiān)控中心與拉曼控制艙的可靠性硬件結(jié)構(gòu)。傳輸主干網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議，詳細介紹基于海底觀測網(wǎng)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)以及協(xié)議，設(shè)計海底觀測網(wǎng)應(yīng)用層通信協(xié)議，根據(jù)應(yīng)用層通信協(xié)議利用Visual C++6.0開發(fā)環(huán)境進行套接字編程進行軟件設(shè)計，編寫了基于ICMP協(xié)議的Echo and Echo Reply軟件，用來探測并報告IP數(shù)據(jù)報傳輸過程中產(chǎn)生的各種錯誤，測試信宿機的可達性。 3.拉曼光譜采集系統(tǒng)的設(shè)計及研究：拉曼光譜采集系統(tǒng)是連接在海底觀測網(wǎng)上的科學(xué)觀測儀器，可接收和分析來自基站監(jiān)控中心的命令，并通過解析的命令進行光譜采集、數(shù)據(jù)存儲或?qū)?shù)據(jù)上傳到基站監(jiān)控中心。本文研究了拉曼控制艙的硬件結(jié)構(gòu)，拉曼控制艙與兩個拉曼探測艙的通信協(xié)議——Modbus協(xié)議，設(shè)計基于Modbus協(xié)議的通信協(xié)議，并根據(jù)通信協(xié)議進行了相應(yīng)的軟件設(shè)計。 4.軟件測試：分為傳輸主干網(wǎng)軟件模擬測試和拉曼光譜采集模擬測試。傳輸主干網(wǎng)軟件模擬測試：將PC104與數(shù)據(jù)采集模塊通過串口連接，PC104通過以太網(wǎng)與PC連接，PC可以遠程控制PC104，命令PC104通過串口從數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，再將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)絇C，測試Echo and Echo Reply軟件來探測信宿機的可達性；拉曼光譜采集模擬測試：將PC104與QE65000光譜儀連接，PC與PC104通過串口連接，PC可以通過串口控制PC104進行光譜采集，并將接收到的光譜數(shù)據(jù)顯示出來并存儲。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：P715;TP274
【圖文】：

胡安·德富卡板塊是一小板塊，位于水深 3000m 的地方，平均每年向美洲大陸低下移動 4cm[17]。加拿大 NEPTUNE 海底觀測網(wǎng)絡(luò)可以持續(xù)實時觀測 25 年，能夠長期提供廣泛研究領(lǐng)域的實時的海量數(shù)據(jù)，例如觀測板塊構(gòu)造運動，海底下的流體，海洋生物與氣候，深海的生態(tài)系統(tǒng)等。加拿大的 NEPTUNE 觀測網(wǎng)以 800km 光電復(fù)合纜為傳輸線路，光電復(fù)合纜從海岸基站進入海洋，路徑大陸架、深海平原鋪設(shè)到大洋中脊，再轉(zhuǎn)回到海岸基站形成回路，光電復(fù)合纜的最大傳輸速率 10Gbps 同時傳送 10kV、60kW 的電能。因電纜的鋪設(shè)是一個回路，所以能量和數(shù)據(jù)的傳輸可以雙向進行，安全性高[18]。如圖 1-1 所示，海底有 5 個主接駁盒分別安置到不同的地點，主接駁盒可以降壓并能傳輸數(shù)據(jù)，每個主接駁盒分別連接多個次級接駁盒，每個次級接駁盒連接多種海底科學(xué)觀測儀器放置在觀測點的附近，對海底進行實時觀測。整個系統(tǒng)有100 多種海底科學(xué)觀測儀器連接在次級接駁盒上[19-20]，可將各種觀測數(shù)據(jù)通過光電復(fù)合纜傳送到基站監(jiān)控中心。

圖 1-2 中國節(jié)點各個系統(tǒng)中國節(jié)點與美國 MARS 接并成功，并已經(jīng)長期運行，說明我國在海底觀測技術(shù)方面的研究已經(jīng)有所突破，并且能夠?qū)嶋H應(yīng)用，為下一步建設(shè)我國自主的海底觀測網(wǎng)提供了技術(shù)支持和篤實的基礎(chǔ)。1.3 論文研究背景及主要研究內(nèi)容1.3.1 論文研究背景我國海洋非常遼闊，海洋資源極為豐富，是發(fā)展中的海洋大國。為了開發(fā)和保護海洋資源，加快我國在海洋觀測領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，我國啟動了東海和南海的海底觀測網(wǎng)建設(shè)的項目。本論文的研究內(nèi)容基于國家“十二五”863 計劃“基于海底觀測網(wǎng)的深海化學(xué)環(huán)境長期實時監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)與集成”[33]的子課題“基于海底觀測網(wǎng)的原位激光拉曼光譜系統(tǒng)”。激光拉曼光譜采集系統(tǒng)作為一項化學(xué)環(huán)境

一臺 MSP430 單片機，一個攝像頭，PC104 通過 RS232 與 MSP430 單片機通信，通過 USB 與攝像頭通信，備份 PC104 是在主 PC104 出現(xiàn)故障時，啟動代替主 PC104 完成工作，兩臺 PC104 都連接到交換機。兩個探測艙內(nèi)含 PC104、光譜儀、MSP430，探測艙與控制艙通過 RS485 通信。次級接駁盒

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本文編號：2768644