低功耗自容式機械海流計的研制.pdf

1、我國海洋資源豐富，其有力的保障了我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，為了使海洋資源更好的為我國經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)，同時避免海洋環(huán)境遭受污染，我們必須對海洋進行監(jiān)測、調(diào)查和研究，獲取海洋資料的各項參數(shù)，這就需要性能可靠、工作穩(wěn)定的海洋儀器。
　　海流是基礎(chǔ)海洋資料之一，是海洋監(jiān)測、調(diào)查和研究中不可或缺的重要參數(shù)，海洋測量考察的重要內(nèi)容是海洋流場的實時監(jiān)控和測量，海流測量中最經(jīng)常使用的儀器裝置是海流計。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，海流測量裝置也

2、日新月異，盡管一大批依據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)原理和聲學(xué)時差法原理制成的海流計相繼出現(xiàn)，但機械轉(zhuǎn)子式海流計仍因其價格低廉被廣泛的應(yīng)用，如RCM-4S、SLC9-2直讀型海流計。
　　本文研究了目前業(yè)界普遍使用的SLC9-2型直讀式海流計，針對其功耗大，連續(xù)工作時間較短的問題，本設(shè)計水下探測器分別從芯片選型、器件工作模式和軟件優(yōu)化三個方面降低功耗，如本設(shè)計選擇低功耗的STM32F103VE芯片為CPU;在非數(shù)據(jù)采集時間段內(nèi)，CPU關(guān)閉各數(shù)據(jù)

3、采集模塊，同時CPU被設(shè)置為低功耗模式;軟件優(yōu)化流速、流向測量，深度、溫度測量和數(shù)據(jù)保存等任務(wù)的工作流程。此外采用大容量的鋰離子電池供電，以提高海流計工作時間，同時減小本設(shè)備的體積。針對因電纜長度造成的成本較高、工作深度較淺的問題，本設(shè)計運用現(xiàn)代無線傳輸技術(shù)、無線充電技術(shù)、大容量存儲技術(shù)，實現(xiàn)探測器的自容式數(shù)據(jù)存儲，同時降低了該設(shè)備的維護難度。針對流向測量精度較低的問題，本設(shè)計采用高精度姿態(tài)測量方案，CPU采集3維加速度計數(shù)據(jù)A、3維陀

4、螺儀數(shù)據(jù)W和3維磁強計數(shù)據(jù)H，通過四元數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合算法求得探測器的姿態(tài)角，從而得到流向角，增加了流向測量精度。同時本設(shè)計體積較小、維護簡單、可在水下長時間穩(wěn)定工作，完全滿足各種海洋作業(yè)中海流測量需求，尤其適合對功耗和成本要求較高的場合，如浮標上測流裝置。
　　為更好的回收海流計水下探測器的數(shù)據(jù)，本設(shè)計研制了配套的水上數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器同樣選擇低功耗的STM32F103VE芯片為CPU，通過無線傳輸模塊、無線充電模塊、外置大容