低功耗自容式機(jī)械海流計(jì)的研制.pdf

1、我國(guó)海洋資源豐富，其有力的保障了我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，為了使海洋資源更好的為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，同時(shí)避免海洋環(huán)境遭受污染，我們必須對(duì)海洋進(jìn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)查和研究，獲取海洋資料的各項(xiàng)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(cè)、調(diào)查和研究中不可或缺的重要參數(shù)，海洋測(cè)量考察的重要內(nèi)容是海洋流場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和測(cè)量，海流測(cè)量中最經(jīng)常使用的儀器裝置是海流計(jì)。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(cè)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(shí)差法原理制成的海流計(jì)相繼出現(xiàn)，但機(jī)械轉(zhuǎn)子式海流計(jì)仍因其價(jià)格低廉被廣泛的應(yīng)用，如RCM-4S、SLC9-2直讀型海流計(jì)。
　　本文研究了目前業(yè)界普遍使用的SLC9-2型直讀式海流計(jì)，針對(duì)其功耗大，連續(xù)工作時(shí)間較短的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)水下探測(cè)器分別從芯片選型、器件工作模式和軟件優(yōu)化三個(gè)方面降低功耗，如本設(shè)計(jì)選擇低功耗的STM32F103VE芯片為CPU;在非數(shù)據(jù)采集時(shí)間段內(nèi)，CPU關(guān)閉各數(shù)據(jù)

3、采集模塊，同時(shí)CPU被設(shè)置為低功耗模式;軟件優(yōu)化流速、流向測(cè)量，深度、溫度測(cè)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(jì)工作時(shí)間，同時(shí)減小本設(shè)備的體積。針對(duì)因電纜長(zhǎng)度造成的成本較高、工作深度較淺的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)運(yùn)用現(xiàn)代無(wú)線傳輸技術(shù)、無(wú)線充電技術(shù)、大容量存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器的自容式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)降低了該設(shè)備的維護(hù)難度。針對(duì)流向測(cè)量精度較低的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采用高精度姿態(tài)測(cè)量方案，CPU采集3維加速度計(jì)數(shù)據(jù)A、3維陀

4、螺儀數(shù)據(jù)W和3維磁強(qiáng)計(jì)數(shù)據(jù)H，通過(guò)四元數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合算法求得探測(cè)器的姿態(tài)角，從而得到流向角，增加了流向測(cè)量精度。同時(shí)本設(shè)計(jì)體積較小、維護(hù)簡(jiǎn)單、可在水下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，完全滿足各種海洋作業(yè)中海流測(cè)量需求，尤其適合對(duì)功耗和成本要求較高的場(chǎng)合，如浮標(biāo)上測(cè)流裝置。
　　為更好的回收海流計(jì)水下探測(cè)器的數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)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(guò)無(wú)線傳輸模塊、無(wú)線充電模塊、外置大容