基于耦合通信鏈的海洋環(huán)境監(jiān)測傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)今地球陸地能源與礦產(chǎn)資源逐漸匱乏,人類對資源的開發(fā)逐漸由陸地轉(zhuǎn)向海洋。海洋蘊(yùn)含極其豐富的資源,是大自然賦予人類的巨大財(cái)富。但是隨著人們對海洋的不斷探索與開發(fā),環(huán)境問題也隨之而來。為了保護(hù)海洋環(huán)境,做到可持續(xù)的開發(fā)海洋資源,發(fā)展海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成為全球海洋技術(shù)進(jìn)步的重要組成部分。海洋環(huán)境復(fù)雜多變,這對海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)提出了較高要求。近年來,隨著傳感器技術(shù)與海洋數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展,全方位、長期、實(shí)時(shí)的海洋環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)成為可能。本文利用

2、海水介質(zhì)耦合鏈通信技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、雙路總線可靠傳輸技術(shù)、長距離實(shí)時(shí)傳輸控制技術(shù)等設(shè)計(jì)了一套海洋環(huán)境監(jiān)測傳感器組網(wǎng)觀測系統(tǒng),旨在提供一種水下多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)通信技術(shù)以提高分布式海洋環(huán)境監(jiān)測能力。
　　本文提出以CTD與溶解氧傳感器作為監(jiān)測源,集多水下數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、鏈?zhǔn)今詈贤ㄐ拍K、銥星通信模塊、嵌入式監(jiān)控平臺(tái)與一體的設(shè)計(jì)方案。主要完成2部分功能:水下數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)通過熱冗余式總線組網(wǎng)完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)于發(fā)送;

3、匯聚節(jié)點(diǎn)通過耦合通信模塊、銥星通信模塊與嵌入式監(jiān)控平臺(tái)完成數(shù)據(jù)、狀態(tài)和指令的交互。
　　本文主要完成以下幾部分工作:水下節(jié)點(diǎn)硬件和軟件設(shè)計(jì)、嵌入式監(jiān)控平臺(tái)外圍硬件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)、嵌入式監(jiān)控端系統(tǒng)平臺(tái)搭建、用戶人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試。
　　水下節(jié)點(diǎn)硬件以STM32F107VCT6為核心,設(shè)計(jì)電源電路、串行通信電路、CAN總線和以太網(wǎng)總線通信電路、Micro SD卡存儲(chǔ)電路等。
　　嵌入式監(jiān)控平臺(tái)硬件以S5PV

4、210核心板為核心,設(shè)計(jì)擴(kuò)展電路,包括電源電路、串行通信電路、USB HOST接口電路、SD卡存儲(chǔ)電路、以太網(wǎng)接口電路、LCD電阻屏接口電路等。
　　數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議分為4層設(shè)計(jì),提供可靠傳輸機(jī)制,保證水下各節(jié)點(diǎn)之間、匯聚節(jié)點(diǎn)與嵌入式監(jiān)控平臺(tái)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>　　水下采集節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)軟件實(shí)現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā),熱冗余式組網(wǎng)通信總線的智能切換,用戶指令的交互等功能。
　　嵌入式監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)基于嵌入式Lin

5、ux操作系統(tǒng),包括引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)、Linux內(nèi)核與驅(qū)動(dòng)的裁剪和移植、文件系統(tǒng)的制作等。
　　用戶人機(jī)交互軟件完成了對水下采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)圖表顯示,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對水下采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與狀態(tài)監(jiān)控。
　　調(diào)試部分首先對各個(gè)模塊進(jìn)行單獨(dú)的軟硬件調(diào)試,最后在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行整體數(shù)據(jù)收發(fā)調(diào)試,證實(shí)本文所設(shè)計(jì)的海洋環(huán)境傳感器組網(wǎng)觀測系統(tǒng)已達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　在本文結(jié)尾,對本課題所完成的工作進(jìn)行了回顧與總結(jié),同時(shí)指出目