基于WiFi的无线浪高数据采集系统设计与实现

摘要

为了使我国的海洋资源可以被更加合理、高效地使用，最近几年，国家大力支持海洋科学的研究和发展。尤其是我国提出了海洋战略之后，我国海洋科学的研究和相关工程技术的开发进入了快速发展时期。 在海洋工程模型实验中，对风、浪、流等海洋环境要素的分析意义重大，其中对实验系统中波浪高度的测量更是研究人工海洋建筑与海洋场相互作用时的一项重要内容。目前，浪高数据采集系统绝大多数采用线缆进行数据传输，这种采集方式在比较恶劣或特殊的现场环境中，布线较为复杂，使得浪高的数据采集受到了非常大的限制。随着无线传输技术的兴起，特别是WiFi技术，由于拥有速度快、可靠性好以及传输距离远等特点，得到了广泛的使用。针对当今的浪高数据采集系统存在的缺点，本文应用无线WiFi通信技术，设计并开发了基于WiFi的无线浪高数据采集系统。根据实际应用的要求，此系统主要包括两个部分（硬件电路和应用软件）：其中硬件电路的设计包括电容式浪高传感器、电压信号处理模块和无线WiFi模块等；软件设计主要包括设备传感器标定模块、数据采集模块和数据存储模块等。 论文中，首先对课题的研究背景、数据采集技术和无线WiFi技术进行了简要的概述，分析了数据采集系统未来的发展趋势和无线WiFi通信技术的优势所在。与此同时，对比了几种比较常见的无线通信技术。技术对比表明无线WiFi通信技术在实时性、稳定性和抗干扰性等方面特别突出，无线WiFi通信技术是未来的发展趋势之一。然后，详细阐述了本套数据采集系统的总体结构和工作原理，并介绍了系统的各种优点。其次，根据浪高数据采集系统的工程研究的需要，在系统主站PC机的Windows系统上开发了基于Qt平台的配套应用软件。配套的应用软件采用了模块化的设计原则。再通过TCP/IP通信协议，实现了主站系统PC机与浪高数据采集系统无线WiFi模块之间的数据传输。再次，从结构功能方面入手，分析了系统硬件电路的特点。根据实际需求和系统所需的性能指标。将硬件电路分成浪高传感器、电压信号处理电路、单片机控制模块、无线WiFi通信模块和电源管理模块。介绍了各个功能模块的电路设计原理，给出关键部分的电路原理图。之后，介绍了硬件电路板的PCB设计，电路板中各项PCB设计原理和设计原则。最后，利用实验室的现有资源对这套无线数据采集系统进行了实际的浪高数据采集实验。通过采集到的浪高数据曲线分析得出，系统具有良好的实时性与稳定性，达到了预期的设计目标。

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