基于潜标的数据采集与存储系统的设计与实现

摘要

海洋环境噪声既是各种海洋声学系统的背景噪声干扰场,同时也携带着大量的海洋信息,因此海洋环境噪声研究无论在民用还是军用上均具有非常重要的意义。本文主要是基于潜标,同时利用矢量水听器、模拟滤波电路、AVR单片机、A/D采集器件、CF卡和串口通讯设备这些硬件条件构建一个数据采集与存储系统。
　　 论文首先充分研究了海洋环境噪声采集对系统的性能和功耗的要求,给出了在海洋这一特殊环境下工作的数据采集系统的总体设计方案。其次,针对能长时间无人值守工作、可远距离控制与通信以及低功耗等具体技术指标进行了硬件系统的设计;系统选用了ATMEL公司的低功耗的AVR单片机芯片Atmega2561为系统核心工作模块的主控制单元,使用基于True IDE模式的CF卡为主存储介质,而高速的无线电通信和串口通信设备是系统通信环路中的重要设备;根据系统的要求选择了合适的器件并设计绘制了电路原理图和PCB图,由此制作了电路板。论文对潜标采集与存储系统的在开发中所遇到的问题和需要注意的事项进行了详细的分析。在软件设计上,先有各个功能模块入手,单个编写各个模块的工作程序,包括:A/D采集、罗经和实时时钟数据的读取以及数据的存储;由A/D采集得到的数据以写扇区的形式存储于CF卡上;而传输部分根据多深度测量和海洋工作环境的需要,采用了技术相对成熟的串行通信加无线网络通信的联合通信方式。
　　 论文最后讨论系统调试中遇到的问题及其相应的解决途径,并结合水池与海上实验对系统的数据采集性能、可靠性进行了现场测试;海上实验证明海洋环境噪声采集系统满足设计需求,可以应用于水声研究和水声工程领域。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题的目的与意义

1.2 潜标采集系统的发展

1.2.1 潜标采集系统简介

1.2.2 国外潜标采集系统的发展

1.2.3 我国潜标采集系统的发展

1.2.4 数据采集系统的发展

1.2.5 存储介质的发展

1.3 论文的任务

1.4 论文的主要工作

第2章 潜标采集系统的硬件设计

2.1 主控制器件概述

2.1.1 主控制器件的选取

2.1.2 AVR单片机的性能

2.1.3 单片机的最小系统

2.1.4 单片机的熔丝位

2.2 潜标数字处理板硬件设计

2.2.1 A/D数据采集电路

2.2.2 数据存储电路

2.2.3 数据传输电路

2.2.4 实时时钟电路

2.2.5 稳压电源电路

2.3 本章小结

第3章 潜标数字板的开发与功耗分析

3.1 CF卡的在潜标数字板中的开发

3.1.1 CF卡简介

3.1.2 CF卡电源

3.1.3 CF卡工作模式及管脚定义

3.1.4 CF卡在True IDE模式下的寄存器

3.2 系统在潜标数字板中开发的关键事项

3.2.1 共享的数据线及需要注意的问题

3.2.2 AVR单片机的EEPROM在开发中的应用

3.3 潜标系统的功耗分析

3.2.1 AVR单片机的功耗

3.2.2 其它元器件的功耗

3.3 本章小结

第4章 潜标数字板的软件设计

4.1 引言

4.2 潜标各功能模块软件设计

4.2.1 A/D数据采集模块的软件设计

4.2.2 罗经数据采集模块的软件设计

4.2.3 I2C数据传输模块的软件设计

4.2.4 数据存储模块的软件设计

4.2.5 总程序的软件设计

4.3 AVR单片机的编译环境

4.3.1 Algorithm Builder软件介绍

4.3.2 Algorithm Builder软件的图形化编程

4.3.3 Algorithm Builder软件的寄存器模块化设计

4.4 本章小结

第5章 系统实验验证

5.1 系统的功耗测量

5.2 系统水池实验情况

5.3 系统海上实验情况

5.4 系统实验总结及改进设想

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢