海底动力环境长期监测系统的设计与实现

摘要

在二十世纪中期，世界各国就开始对海洋资源进行大量开发，开发路径开始从近海向远海转变，海洋资源开发已经在世界各国的发展地位中变得日渐重要。21世纪的到来,宣誓了这个世纪属于海洋，海洋的丰富资源是具有重要意义的新兴科技领域，存在着巨大的开发利用价值。海洋的动力环境监测参数包括温度，电导率，水流，甲烷，二氧化碳与水压等，对海洋动力参数的研究对于国家的海洋技术创新与进步具有不可或缺的地位，而我国的海洋动力参数监测还处于起始阶段。
　　此论文的重心主要基于对深海动力环境的物理与化学参数的采集与研究，海底动力环境长期监测系统是以S3C2440 ARM处理器为控制核心，内核为Linux2.6的Linux操作系统为软件控制系统，外围集成了深海仪器，电源监测系统，CAN总线，嵌入式采集控制系统，以及其它硬件设备。并且本系统运用了两块ARM控制系统构成双冗余操作系统，以CAN现场总线为主要通信媒介实现了海底动力环境数据的实时传输与监测。
　　论文开头讲述了海底动力环境长期监测技术的国内与国外的发展情况，从而说明了我国海底动力环境监测的重要性，并提出了海底动力环境数据长期监测系统的软硬件设计轮廓。其次详细阐述了海底动力环境长期监测系统的软硬件组成部分。硬件部分分别介绍了嵌入式Linux操作系统硬件电路的组成、电源监测模块组成、CAN总线模块组成与ADV，ADCP，CTD，压力传感器，声学Modem等海洋仪器的各种内部参数及课题中的对应操作命令与方法，并给出了硬件电路的核心原理图或者实物图，软件部分详细介绍了嵌入式系统软件平台的移植与搭建，包括Socket CAN的API解析，开机引导加载程序U-Boot的移植，Linux2.6内核的编译与移植以及BusyBox根文件系统的编译与移植。在应用控制程序方面介绍了关键部分的实现，应用程序是通过嵌入式Linux C编写的，并采用了多线程提高程序的运行效率。主线程主要是对整个系统的控制，通信线程主要完成Linux操作系统与岸上基站平台的实时通信与数据传输，数据采集线程主要完成对深海设备的控制与深海数据采集，系统监测线程实现对电源系统的检查与控制，数据处理线程实现了嵌入式系统同岸上基站平台失去连接超时时转存数据防止数据丢失。论文的最后给出了海底动力环境长期监测系统的实物图与实验时候的调试图。在海底动力环境长期监测系统的调试过程中，通过PC机的网络工具Telnet实时监测了ARM控制系统的运行过程，调试结束后对传感器采集的数据进行分析，分析说明符合课题要求标准。
　　系统设计的过程中使用的是双冗余操作系统，两块ARM控制核心与岸上基站平台是通过TCP/IP协议通信，ARM与深海仪器是通过CAN总线协议通信。随着海洋环境监测的不断发展，在海洋动力环境长期监测系统的设计方面会有新的要求，在论文的最后会给予展望。

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0 前言

0.1 海洋动力资源

0.2 海底监测技术概述

0.3 海底监测技术的特征

0.4 国内外海底监测技术状况

0.5 论文的主要内容与布局

1 监测系统的硬件设计

1.1 海洋仪器

1.2 CAN转RS232串口设计

1.3 嵌入式ARM系统硬件设计

1.4电源监测模块的设计

2 监测系统的平台搭建

2.1交叉编译环境的建立

2.2 引导加载程序移植

2.3 嵌入式Linux内核移植

2.4 Linux根文件系统

2.5 SQLite数据库

2.6 嵌入式Linux系统运行

3 监测系统的应用程序设计

3.1主线程

3.2通信线程

3.3数据采集线程

3.4系统监测线程

3.5数据处理线程

4 实验结果

4.1 海底动力环境长期监测系统实物图

4.2海底动力环境长期监测系统的调试

4.3采集数据分析

5 课题总结与展望

5.1课题总结

5.2课题展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文

申请的软件著作权