基于海底觀測網(wǎng)的拉曼光譜系統(tǒng)測控電路的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著技術發(fā)展和社會進步,人類對海洋的研究不斷深入,相應的也對海洋探測技術提出了更高的要求。海底觀測網(wǎng)技術相比較傳統(tǒng)的深海探測方式,具有實時性、長期性等優(yōu)勢。通過預先鋪設的深海電纜,海底觀測網(wǎng)將岸基控制臺與分散于海底科研現(xiàn)場的儀器設備整合成網(wǎng)絡,實現(xiàn)了科研數(shù)據(jù)的實時分析、處理與發(fā)布。極大地促進了深海科學研究的發(fā)展。
　　基于海底觀測網(wǎng)的激光拉曼光譜系統(tǒng)是集成在深海觀測網(wǎng)上的節(jié)點設備之一,通過分析現(xiàn)場獲得的激光光譜數(shù)據(jù)實現(xiàn)對海底化學環(huán)

2、境(例如SO42-離子濃度)的監(jiān)測。整個系統(tǒng)包括岸基控制部分和水下探測部分(包括一個控制艙和兩個激光器測量艙),本文涉及的測控電路設計屬于水下探測部分,目的是保證系統(tǒng)在水下長期穩(wěn)定運行。在實際設計中,本文將根據(jù)深海拉曼光譜探測系統(tǒng)的工作需求和觀測網(wǎng)的相關電氣規(guī)范,對拉曼光譜探測系統(tǒng)水下部分的測控電路進行總體設計和功能實現(xiàn)。在具體內(nèi)容中,電路的硬件部分包括相關電路的設計和調(diào)試,開發(fā)環(huán)境為 PRO TEL;軟件部分包括單片機系統(tǒng)控制程序的編

3、寫(基于C語言),開發(fā)環(huán)境為IAR Embeded Workbench。
　　測控電路根據(jù)功能可以分為用供電管理、單片機控制和內(nèi)部通訊網(wǎng)絡三部分。供電規(guī)范部分由一系列DC/DC模塊和專門的電力保護模塊組成,確保系統(tǒng)的用電屬性符合海底觀測網(wǎng)的電氣規(guī)范。為了保持供電的可靠性,系統(tǒng)中絕大部分設備儀器都采用了雙電源冗余配置。當發(fā)生電壓電流沖擊、漏電等用電異?，F(xiàn)象時,供電管理部分的電路能夠及時響應并加以抑制。以M SP430為核心的單片機主

4、要負責對水下系統(tǒng)中的底層硬件進行控制,包括采集水下艙內(nèi)的各種環(huán)境或者對設備的電氣參數(shù)隔離檢測,并根據(jù)指令控制系統(tǒng)內(nèi)的電子元件或者特定設備。系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡的設計目的是為實現(xiàn)水下三個艙室(一個控制艙和兩個激光器測量艙)間的通訊,本文根據(jù)系統(tǒng)實際的軟硬件基礎,確定了內(nèi)部網(wǎng)絡應用層的通訊規(guī)范,并定義了相關的控制器設備地址、功能代碼和寄存器映射體系,為后續(xù)的軟件設計奠定了基礎。
　　測控電路的軟件部分包括對系統(tǒng)內(nèi)控制器的編程,拉曼光譜探測系統(tǒng)

5、包括兩種控制器,一種是M SP430單片機,另一種是PC104工控機。本文主要討論MS P430單片機控制程序的編寫,包括對基于Mo dbus的RS-485總線通訊功能的軟件實現(xiàn),以及與各種傳感器芯片(SH T11、G Y-80等)的通訊功能的軟件實現(xiàn)。
　　論文最后對整個系統(tǒng)軟硬件件綜合測試。岸基控制程序控制探測艙 P C104完成光譜采集,得到光譜數(shù)據(jù);MSP430單片機完成 QE65000光譜儀和 PC104等設備電源的通斷