水下滑翔機的多參數測量采集系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋環(huán)境探測技術的載體一般可分為船載觀測平臺、固定觀測平臺與水下航行器三種形式。其中使用水下航行器的探測形式一般具有觀測范圍大、部署靈活方便、運行成本低等優(yōu)點,成為未來海洋環(huán)境探測的主流方向。而相比較于HOV(載人潛水器)、ROV(遙控水下機器人)、AUV(自治水下機器人)等傳統(tǒng)水下航行器而言,水下滑翔機由于其更長的續(xù)航時間,更多樣的數據采集能力,更靈活的姿態(tài)控制以及更低的研制成本,在近年來逐漸成為海洋研究領域的一種重要技術手段之一。<

2、br>　　水下滑翔機內部的一般設計框架是由浮力調節(jié)系統(tǒng)、重心調節(jié)系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及多參數測量采集系統(tǒng)構成,其中多參數測量采集系統(tǒng)是協(xié)調各系統(tǒng)的核心單元。本文針對這一思路,研究設計了一種高可靠性、低功耗、多通道數據采集的水下滑翔機多參數測量采集系統(tǒng),具備多通道傳感器數據采集,為導航系統(tǒng)提供慣性姿態(tài)測量數據,并為滑翔機自帶電池進行智能供電管理的多種功能。其中多通道數據采集模塊在硬件上包括串口擴展電路、中心微控制器及數據存儲電路,執(zhí)

3、行的嵌入式軟件對系統(tǒng)搭載的傳感器進行通訊控制、數據采集與數據存儲,保證了水下滑翔機的多參數數據采集與存儲能力;慣性測量模塊(IMU)基于全自主慣性導航技術,硬件由陀螺儀、加速度計、磁力計以及高計算性能、低功耗的微處理器組成,并在其上運行低計算負荷的姿態(tài)更新解算算法,為水下滑翔機提供準確、實時的姿態(tài)信息;電源管理模塊包括電壓檢測電路、電源開關控制電路及微處理器,負責對系統(tǒng)電源進行管理,并對系統(tǒng)本身以及各傳感器進行供電控制。本文還對水下滑翔

4、機可能搭載的各種傳感器進行了配置,可能搭載的高能電池進行了組合。同時,還設計了相應的上位機軟件實現遠程通訊與控制。上位機軟件使用C＃語言編寫,可在系統(tǒng)運行前對系統(tǒng)及各個傳感器進行參數配置與設置,并在系統(tǒng)工作結束后對所采集的數據進行提取。
　　本文的第2章至第7章對系統(tǒng)從系統(tǒng)架構設計、軟硬件實現到系統(tǒng)測試,進行了完整的敘述。第2章對課題的整體設計架構做了詳細描述,并特別分析了本課題內容與水下滑翔機其他子系統(tǒng)的協(xié)作關系。第3章對慣性導

5、航原理進行了介紹,研究了姿態(tài)解算算法并對模塊的軟硬件進行了選型與設計。第4章對多通道數據采集模塊進行了設計,解析了各傳感器協(xié)議,進行了FATFS文件系統(tǒng)在MicroSD卡上的移植并設計硬件電路與嵌入式軟件。第5章分析了電源管理模塊的任務,對系統(tǒng)使用的電池組進行選型,設計了電壓檢測、MOS管開關等硬件電路與模塊嵌入式軟件。第6章對上位機軟件需要的功能進行了分析并完成了具體設計。第7章對系統(tǒng)的各個模塊軟硬件進行了測試,并評估了慣性測量模塊中