基于海底觀測網(wǎng)的拉曼光譜系統(tǒng)測控電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著技術(shù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步,人類對(duì)海洋的研究不斷深入,相應(yīng)的也對(duì)海洋探測技術(shù)提出了更高的要求。海底觀測網(wǎng)技術(shù)相比較傳統(tǒng)的深海探測方式,具有實(shí)時(shí)性、長期性等優(yōu)勢。通過預(yù)先鋪設(shè)的深海電纜,海底觀測網(wǎng)將岸基控制臺(tái)與分散于海底科研現(xiàn)場的儀器設(shè)備整合成網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了科研數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析、處理與發(fā)布。極大地促進(jìn)了深?？茖W(xué)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(diǎn)設(shè)備之一,通過分析現(xiàn)場獲得的激光光譜數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)海底化學(xué)環(huán)

2、境(例如SO42-離子濃度)的監(jiān)測。整個(gè)系統(tǒng)包括岸基控制部分和水下探測部分(包括一個(gè)控制艙和兩個(gè)激光器測量艙),本文涉及的測控電路設(shè)計(jì)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(yùn)行。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(guān)電氣規(guī)范,對(duì)拉曼光譜探測系統(tǒng)水下部分的測控電路進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)。在具體內(nèi)容中,電路的硬件部分包括相關(guān)電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試,開發(fā)環(huán)境為 PRO TEL;軟件部分包括單片機(jī)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(jī)控制和內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)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(hù)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(shè)備儀器都采用了雙電源冗余配置。當(dāng)發(fā)生電壓電流沖擊、漏電等用電異常現(xiàn)象時(shí),供電管理部分的電路能夠及時(shí)響應(yīng)并加以抑制。以M SP430為核心的單片機(jī)主

4、要負(fù)責(zé)對(duì)水下系統(tǒng)中的底層硬件進(jìn)行控制,包括采集水下艙內(nèi)的各種環(huán)境或者對(duì)設(shè)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(shè)備。系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目的是為實(shí)現(xiàn)水下三個(gè)艙室(一個(gè)控制艙和兩個(gè)激光器測量艙)間的通訊,本文根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際的軟硬件基礎(chǔ),確定了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的通訊規(guī)范,并定義了相關(guān)的控制器設(shè)備地址、功能代碼和寄存器映射體系,為后續(xù)的軟件設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　測控電路的軟件部分包括對(duì)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(jī),另一種是PC104工控機(jī)。本文主要討論MS P430單片機(jī)控制程序的編寫,包括對(duì)基于Mo dbus的RS-485總線通訊功能的軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)。
　　論文最后對(duì)整個(gè)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(jī)完成 QE65000光譜儀和 PC104等設(shè)備電源的通斷