水下滑翔機(jī)的多參數(shù)測量采集系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋環(huán)境探測技術(shù)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(yùn)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(jī)器人)、AUV(自治水下機(jī)器人)等傳統(tǒng)水下航行器而言,水下滑翔機(jī)由于其更長的續(xù)航時間,更多樣的數(shù)據(jù)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(lǐng)域的一種重要技術(shù)手段之一。<

2、br>　　水下滑翔機(jī)內(nèi)部的一般設(shè)計框架是由浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及多參數(shù)測量采集系統(tǒng)構(gòu)成,其中多參數(shù)測量采集系統(tǒng)是協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的核心單元。本文針對這一思路,研究設(shè)計了一種高可靠性、低功耗、多通道數(shù)據(jù)采集的水下滑翔機(jī)多參數(shù)測量采集系統(tǒng),具備多通道傳感器數(shù)據(jù)采集,為導(dǎo)航系統(tǒng)提供慣性姿態(tài)測量數(shù)據(jù),并為滑翔機(jī)自帶電池進(jìn)行智能供電管理的多種功能。其中多通道數(shù)據(jù)采集模塊在硬件上包括串口擴(kuò)展電路、中心微控制器及數(shù)據(jù)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(jìn)行通訊控制、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)存儲,保證了水下滑翔機(jī)的多參數(shù)數(shù)據(jù)采集與存儲能力;慣性測量模塊(IMU)基于全自主慣性導(dǎo)航技術(shù),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(yùn)行低計算負(fù)荷的姿態(tài)更新解算算法,為水下滑翔機(jī)提供準(zhǔn)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(guān)控制電路及微處理器,負(fù)責(zé)對系統(tǒng)電源進(jìn)行管理,并對系統(tǒng)本身以及各傳感器進(jìn)行供電控制。本文還對水下滑翔

4、機(jī)可能搭載的各種傳感器進(jìn)行了配置,可能搭載的高能電池進(jìn)行了組合。同時,還設(shè)計了相應(yīng)的上位機(jī)軟件實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊與控制。上位機(jī)軟件使用C＃語言編寫,可在系統(tǒng)運(yùn)行前對系統(tǒng)及各個傳感器進(jìn)行參數(shù)配置與設(shè)置,并在系統(tǒng)工作結(jié)束后對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。
　　本文的第2章至第7章對系統(tǒng)從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、軟硬件實現(xiàn)到系統(tǒng)測試,進(jìn)行了完整的敘述。第2章對課題的整體設(shè)計架構(gòu)做了詳細(xì)描述,并特別分析了本課題內(nèi)容與水下滑翔機(jī)其他子系統(tǒng)的協(xié)作關(guān)系。第3章對慣性導(dǎo)

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