水下滑翔機(jī)的多參數(shù)測(cè)量采集系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋環(huán)境探測(cè)技術(shù)的載體一般可分為船載觀測(cè)平臺(tái)、固定觀測(cè)平臺(tái)與水下航行器三種形式。其中使用水下航行器的探測(cè)形式一般具有觀測(cè)范圍大、部署靈活方便、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn),成為未來(lái)海洋環(huán)境探測(cè)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(zhǎng)的續(xù)航時(shí)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(lái)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(jì)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(cè)量采集系統(tǒng)構(gòu)成,其中多參數(shù)測(cè)量采集系統(tǒng)是協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的核心單元。本文針對(duì)這一思路,研究設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)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(chǔ)電路,執(zhí)

3、行的嵌入式軟件對(duì)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(chǔ),保證了水下滑翔機(jī)的多參數(shù)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)能力;慣性測(cè)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(jì)、磁力計(jì)以及高計(jì)算性能、低功耗的微處理器組成,并在其上運(yùn)行低計(jì)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(shí)時(shí)的姿態(tài)信息;電源管理模塊包括電壓檢測(cè)電路、電源開(kāi)關(guān)控制電路及微處理器,負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)行管理,并對(duì)系統(tǒng)本身以及各傳感器進(jìn)行供電控制。本文還對(duì)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(shí),還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊與控制。上位機(jī)軟件使用C＃語(yǔ)言編寫,可在系統(tǒng)運(yùn)行前對(duì)系統(tǒng)及各個(gè)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(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。
　　本文的第2章至第7章對(duì)系統(tǒng)從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟硬件實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)測(cè)試,進(jìn)行了完整的敘述。第2章對(duì)課題的整體設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)模塊的軟硬件進(jìn)行了選型與設(shè)計(jì)。第4章對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),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(jì)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(duì)系統(tǒng)使用的電池組進(jìn)行選型,設(shè)計(jì)了電壓檢測(cè)、MOS管開(kāi)關(guān)等硬件電路與模塊嵌入式軟件。第6章對(duì)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(jì)。第7章對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊軟硬件進(jìn)行了測(cè)試,并評(píng)估了慣性測(cè)量模塊中