基于荧光光谱法港口近距溢油监测报警系统

摘要

随着人类海上运输的发展，海上溢油事故就接连不断，海上溢油不仅给人类社会带来巨大的经济损失，并且带来不可估量的环境和生态影响。由于海洋溢油具有不可预见性和瞬时性等特点，尽管人们针对溢油准备了众多准备，如何在第一时间确定溢油的发生仍是重中之重。当前对溢油进行监测的主要手段是通过航空和飞机遥感技术，对海面图像进行相关处理，这些研究都是以发现海面油层的位置和移动趋势为目的的。排除油轮在航行时产生溢油的无法预测性，在港口、海上钻井平台等具有固定位置的地点进行实时的溢油监测，可以在第一时间发现溢油的产生，采用相关的应急预案，在最大程度上减少溢油对经济和生态环境的影响。
　　 本文把众多溢油检测方法与系统的实际需求结合，分析了各种方法的优劣之处，决定采用荧光光谱法，然后分析相关文献对油类物质的荧光特性，采用荧光分析法对海面油层的荧光特性进行研究，查阅了溢油各类组成的荧光光谱，找出在同一波长范围内的荧光强度的特点，以作为与其他物质区分的依据。硬件部分以氙灯和光电倍增管作为海面荧光强度的激发和探测器件，设计实现了以AT89C52单片机为控制核心的港口近距溢油监测系统前端硬件，其中主要对以TLC5540A/D转换器为核心的高速采样电路进行主要的设计实现，提高系统对荧光光谱峰值的获取，提高了系统的可靠性和准确性。然后通过编写前端驱动和后端PC机上的软件实现对安装区域海面溢油状况进行准确有效的实时监测，在第一时间发现海面溢油并对其进行报警，并针对误报进行排除和延长主要器件的寿命实现相关的软件优化。
　　 通过系统测试和验证，本系统可以在绝大多数的天气下对港口等安装环境的海面进行有效的溢油监测。实现一个具有可靠性、准确性并可远程监测的嵌入式溢油监测系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容和研究价值

1．4 论文结构

第2章 需求分析与相关技术介绍

2．1 溢油监测报警系统的需求分析

2．1．1 港口溢油产生的现状及需求

2．1．2 在现有研究上进行可行性分析

2．1．3 港口近距溢油监测系统的功能分析

2．1．4 港口近距溢油监测系统的技术分析

2．2 光学相关技术介绍

2．2．1 荧光光谱(fluorescence spectrum)的基本原理

2．2．2 荧光分析法

2．2．3 石油物质的荧光特性

2．3 电子学相关技术介绍

2．3．1 嵌入式处理器

2．3．2 溢油监测相关传感器介绍

2．3．3 A／D转换器

2．4 本章小结

第3章 港口近距溢油监测报警系统总体设计

3．1 港口溢油监测报警系统总体方案设计

3．1．1 功能模块的划分

3．1．2 各模块功能介绍

3．2 软件总体设计

3．3 本章小结

第4章 系统硬件的设计与实现

4．1 激发探测模块

4．1．1 激发器

4．1．2 探测器

4．1．3 滤光片的选取

4．2 控制与数据处理模块

4．2．1 嵌入式处理器的选取

4．2．2 周边电路的设计实现

4．3 信息采集部分电路设计与实现

4．3．1 峰值采样方案的设计

4．3．2 高速采样电路的设计

4．3．3 信息采集部分的硬件实现

4．4 信息传输模块

4．4．1 信息传输模块的选取

4．4．2 信息传输模块相关电路

4．5 报警模块

4．6 电源模块

4．6．1 电源模块的选取与设计

4．6．2 电源模块的电路

4．7 本章小结

第5章 系统软件的设计与实现

5．1 前端驱动程序的设计和实现

5．1．1 控制与数据处理的设计和实现

5．1．2 信息采集部分的设计和实现

5．1．3 标度变换(scale transformation)程序的设计

5．2 无线通信模块的配置

5．3 PC端软件设计和实现

5．3．1 数据库设计

5．3．2 软件界面

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录A 采样模块电路原理图

致谢

研究生履历