本文關(guān)鍵詞：基于觀測網(wǎng)的海底動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 海底觀測網(wǎng) 動(dòng)力環(huán)境 CAN總線 雙冗余 Modem 岸基監(jiān)測

【摘要】：21世紀(jì),對(duì)海洋動(dòng)力資源的探測與開發(fā)利用已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)革命的前沿領(lǐng)域,是國家安全、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和災(zāi)害預(yù)警所不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)和信息獲取手段,是當(dāng)前人類所面臨資源短缺、環(huán)境惡化等一系列難題的有效解決途徑。發(fā)展海洋探測事業(yè)、開發(fā)海洋動(dòng)力資源已經(jīng)成為世界各國的共識(shí),越來越多的國家將其列為重要課題。而我國在海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測方面尚處于起步階段,與發(fā)達(dá)國家差別比較大,技術(shù)還有亟待填補(bǔ)的空白。基于我國海底觀測網(wǎng)建設(shè)的迫切需求,海底動(dòng)力環(huán)境長期實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng),是南海海底觀測網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn),通過光電復(fù)合纜與岸基站聯(lián)網(wǎng)解決海底觀測能源供給與數(shù)據(jù)傳輸限制問題,主要集成搭載ADV、ADCP、CTD、高精度壓力傳感器等海洋水文觀測儀器,獲取海底邊界層速度剖面場、湍流速度、溫度、鹽度、壓力等海洋環(huán)境要素,初步形成我國深海海底動(dòng)力環(huán)境原位實(shí)時(shí)監(jiān)測能力,為我國南海海底觀測試驗(yàn)試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。本論文所涉及的海底動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),在“十一五”觀測網(wǎng)科研成果基礎(chǔ)上,在軟硬件方面重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性以及可擴(kuò)展性進(jìn)行了大量改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)介紹了能源管理與通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)、岸基監(jiān)測與反饋?zhàn)酉到y(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方式,并簡單概述了各子系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。經(jīng)過一系列環(huán)境試驗(yàn)與聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,可擴(kuò)展性強(qiáng),很好的完成了課題任務(wù)要求。其中能源管理與通信子系統(tǒng),根據(jù)所集成搭載海洋觀測儀器電壓功耗及接口標(biāo)準(zhǔn)類型,設(shè)計(jì)傳感器通信模塊,通過現(xiàn)場CAN總線拓?fù)溥B接。各模塊采用AT90CAN128控制器,集成電源管理與CAN協(xié)議轉(zhuǎn)換電路,通過實(shí)現(xiàn)相關(guān)通信協(xié)議軟件,主要負(fù)責(zé)傳感器能源管理、數(shù)據(jù)采集控制、工作狀態(tài)監(jiān)控等。數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng),考慮到系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性與可靠性,設(shè)計(jì)雙冗余主從控制模塊,主從控模塊采用AT91SAM9263處理器,選擇核心板+底板設(shè)計(jì)方案,并對(duì)嵌入式Linux系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行搭建,包括引導(dǎo)加載程序移植、嵌入式Linux內(nèi)核裁剪、根文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等,通過搭建交叉編譯工具、網(wǎng)路調(diào)試服務(wù)等相關(guān)開發(fā)環(huán)境,進(jìn)行多線程應(yīng)用程序及系統(tǒng)腳本開發(fā),負(fù)責(zé)傳感器控制命令轉(zhuǎn)發(fā),采樣數(shù)據(jù)解析過濾組包等操作。岸基監(jiān)測與反饋?zhàn)酉到y(tǒng),岸基監(jiān)測站采用曙光雙U刀片服務(wù)器,設(shè)計(jì)岸基監(jiān)測控制軟件,包括海底觀測網(wǎng)通道模塊、聲學(xué)網(wǎng)關(guān)通道模塊、傳感器能源管理模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集控制模塊、岸基數(shù)據(jù)管理模塊、岸基故障診斷管理模塊等,并對(duì)軟件的整體設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)展示進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。在完成系統(tǒng)整體軟硬件設(shè)計(jì)后,進(jìn)行系統(tǒng)控制艙以及平臺(tái)框架組裝,合理利用空間、減小布線冗余以及海纜布線干涉,為驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性,先后進(jìn)行了室內(nèi)功能與性能測試,靜壓力、高低溫、振動(dòng)等環(huán)境實(shí)驗(yàn)、與其他系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn),并對(duì)ADCP、ADV、CTD傳感器采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證等。最后,對(duì)課題軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)與展望,該系統(tǒng)可以作為一種通用性傳感器搭載平臺(tái),廣泛應(yīng)用于海洋監(jiān)測任務(wù)中,如濱海觀測站、監(jiān)測浮標(biāo)等,能夠很好地滿足大多數(shù)在線或自容監(jiān)測需要。但是系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)仍然存在一定的缺陷,需要繼續(xù)加以改進(jìn)與優(yōu)化。比如傳感器模塊數(shù)據(jù)校驗(yàn)與超時(shí)重傳、主從控模塊斷網(wǎng)數(shù)據(jù)完整續(xù)傳、岸基傳感器軟件模塊化設(shè)計(jì)等。
【關(guān)鍵詞】：海底觀測網(wǎng) 動(dòng)力環(huán)境 CAN總線 雙冗余 Modem 岸基監(jiān)測
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P715.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 0 前言13-19
• 0.1 海洋監(jiān)測技術(shù)發(fā)展13-14
• 0.2 海底動(dòng)力環(huán)境資源概述14-15
• 0.3 國外海底動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)狀況15-16
• 0.4 國內(nèi)海底動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)狀況16-17
• 0.5 論文的主要內(nèi)容與布局17-19
• 1 海底動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)19-33
• 1.1 課題背景介紹19-20
• 1.2 前期研究基礎(chǔ)20-21
• 1.3 系統(tǒng)整體架構(gòu)方案21-24
• 1.3.1 系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)23-24
• 1.3.2 系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)24
• 1.4 海洋科學(xué)儀器24-32
• 1.4.1 聲學(xué)多普勒流速剖面儀25-27
• 1.4.2 聲學(xué)多普勒流速儀27-28
• 1.4.3 進(jìn)口溫鹽深儀28-29
• 1.4.4 國產(chǎn)溫鹽深儀29-30
• 1.4.5 壓力傳感器30-31
• 1.4.6 聲學(xué)Modem單元31-32
• 1.4.7 原位微顆粒流速儀32
• 1.5 本章小結(jié)32-33
• 2 能源管理與通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)33-41
• 2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)33-34
• 2.2 相關(guān)硬件基礎(chǔ)34-36
• 2.2.1 電源管理部分35-36
• 2.2.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換部分36
• 2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)36-40
• 2.3.1 軟件工作流程36-37
• 2.3.2 傳感器電源管理37-38
• 2.3.3 傳感器數(shù)據(jù)采集38-39
• 2.3.4 傳感器狀態(tài)監(jiān)控39-40
• 2.4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)40
• 2.4.1 軟件可靠性設(shè)計(jì)40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 3 數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)41-65
• 3.1 相關(guān)硬件基礎(chǔ)41-43
• 3.1.1 Socket CAN原理41-43
• 3.2 嵌入式Linux系統(tǒng)環(huán)境43-51
• 3.2.1 引導(dǎo)加載程序移植43-45
• 3.2.2 嵌入式Linux內(nèi)核裁剪45-48
• 3.2.3 根文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-51
• 3.3 應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境51-56
• 3.3.1 搭建交叉編譯工具51-52
• 3.3.2 配置網(wǎng)絡(luò)調(diào)試服務(wù)52-54
• 3.3.3 移植開源開發(fā)軟件54-56
• 3.4 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)開發(fā)56-61
• 3.4.1 日志記錄線程56-57
• 3.4.2 命令控制線程57-58
• 3.4.3 數(shù)據(jù)采集線程58-59
• 3.4.4 數(shù)據(jù)上傳線程59-60
• 3.4.5 系統(tǒng)監(jiān)控線程60-61
• 3.4.6 冗余備份線程61
• 3.5 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)61-62
• 3.5.1 軟件可靠性設(shè)計(jì)61-62
• 3.6 系統(tǒng)腳本設(shè)計(jì)62-64
• 3.6.1 SD卡自動(dòng)掛載62
• 3.6.2 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)配置62-63
• 3.6.3 Socket CAN自動(dòng)設(shè)置63
• 3.6.4 程序自啟動(dòng)運(yùn)行63-64
• 3.7 本章小結(jié)64-65
• 4 岸基監(jiān)測與反饋?zhàn)酉到y(tǒng)設(shè)計(jì)65-79
• 4.1 以太網(wǎng)絡(luò)通道模塊65-67
• 4.1.1 與海底觀測平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)連接66
• 4.1.2 與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接66-67
• 4.1.3 與故障診斷管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接67
• 4.2 聲學(xué)網(wǎng)關(guān)通道模塊67-68
• 4.3 傳感器能源管理模塊68-69
• 4.3.1 岸基主次級(jí)接駁盒69
• 4.4 傳感器模式管理模塊69-71
• 4.4.1 典型模式70
• 4.4.2 自定義模式70-71
• 4.5 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)模塊71-74
• 4.5.1 岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)72-74
• 4.6 故障診斷管理系統(tǒng)模塊74-76
• 4.6.1 岸基故障診斷管理系統(tǒng)75-76
• 4.7 軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)76-78
• 4.7.1 軟件整體優(yōu)化設(shè)計(jì)76-77
• 4.7.2 數(shù)據(jù)展示優(yōu)化設(shè)計(jì)77-78
• 4.8 本章小結(jié)78-79
• 5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測試79-89
• 5.1 系統(tǒng)整體組裝79-81
• 5.1.1 系統(tǒng)控制艙79-80
• 5.1.2 平臺(tái)框架80-81
• 5.2 實(shí)驗(yàn)室簡單環(huán)境實(shí)驗(yàn)81-82
• 5.3 外部環(huán)境實(shí)驗(yàn)82
• 5.4 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)82-86
• 5.4.1 與主次接駁盒聯(lián)調(diào)測試82-83
• 5.4.2 與原位微顆粒流速儀聯(lián)調(diào)測試83-84
• 5.4.3 與全系統(tǒng)陸上聯(lián)調(diào)測試84-86
• 5.5 傳感器數(shù)據(jù)分析86-88
• 5.5.1 CTD與壓力數(shù)據(jù)分析86-87
• 5.5.2 ADV數(shù)據(jù)分析87
• 5.5.3 ADCP數(shù)據(jù)分析87-88
• 5.6 本章小結(jié)88-89
• 6 課題總結(jié)與展望89-92
• 6.1 課題總結(jié)89-90
• 6.2 課題展望90-92
• 6.2.1 數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞90-91
• 6.2.2 斷網(wǎng)數(shù)據(jù)完整續(xù)傳91
• 6.2.3 傳感器軟件模塊化91-92
• 參考文獻(xiàn)92-94
• 致謝94-95
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文95

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