极地海洋环境监测系统总体设计与实现

摘要

地球两极恶劣的环境极大的限制了岸基的海洋动力和生态环境的监测，目前极地岸基海洋环境监测尚无成熟的在线监测系统，本文所介绍的近岸极地海洋环境监测系统对地球两极的物理海洋要素和海洋生态环境要素的研究具有重要的意义，也使我国在全球极地考察与监测技术方面占有一席之地。极地海洋环境监测系统依托我国南极长城站为试验海区，系统对海水的温度、盐度、深度、pH、PAR、ORP、叶绿素和海流八个参数进行长期监测。 极地海洋环境监测系统分为水下控制系统、水下传感器组与基站控制系统。水下控制系统主要是以微处理器C8051F020为系统核心，对各传感器进行实时采样，并对采得到的数据进行存储与上传。水下传感器组为集成在系统内部对海水参数进行测量的工具。基站控制系统主要是客户端软件的设计，数据上传后将按照不同测量参数进行分解，并实时的将各参数的数据显示在客户端软件中，同时用户可以将数据进行保存或者以电子邮件的方式发回国内。 本文按照极地监测系统设计的过程进行描写，主要针对水下控制系统软硬件开发进行了主要的研究，其主要研究内容如下： 1、介绍了极地近岸海洋观测系统开发的研究目的与意义，对系统进行总体的描述，并对系统总体设计方案和路线进行了分析，还对相关的传感器进行了介绍。 2、介绍了水下控制系统硬件设计方案，硬件设计按照功能化分为供电电源、系统与传感器通讯、数据的存储、数据上传、时钟控制等几大部分，并对其中各部分涉及到的电路、器件进行了详细的研究。 3、介绍了硬件各模块的软件设计，将系统按照模块化进行分析，通过系统各部分功能入手，对各模块进行编程，并对相应的软件代码进行详细的分析。 4、介绍了在试验过程中采用的各种模拟试验方法，具体的试验过程，以及对试验后的数据进行对比。

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声明

1 引言

1.1极地海洋环境监测系统开发的目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1极地科学考察现状

1.2.2近岸冰区海洋和生态要素监测技术研究进展

1.3极地海洋环境监测系统总体设计概述

1.4本文的主要内容

2水下控制系统的硬件设计

2.1系统总体设计方案

2.1.1系统的技术指标及结构设计

2.1.2多传感器分时采样工作设计

2.1.3各传感器和释放器介绍

2.1.4系统主要元器件介绍

2.2系统硬件电路

2.2.1系统供电模块

2.2.2多传感器串行通行单元

2.2.3数据存储单元

2.2.4时钟通讯单元

2.2.5数据上传单元

2.3系统PGB设计

2.3.1元器件布局

2.3.2防电磁干扰设计

2.3.3系统布线规则设计

3系统软件设计

3.1水下控制系统软件总体设计方案

3.2系统子模块软件设计

3.2.1单片机C8051F020相关寄存器设置

3.2.2 PCF8583实时时钟模块

3.2.3 SGM84782模拟开关模块

3.2.4 AT45DB642D存储模块

3.2.5 RS-232通讯模块

3.2.6 RS-485串行通讯模块

3.3客户端软件设计

4系统调试及模拟试验

4.1系统总体控制试验

4.2数据上传稳定性试验

5总结与展望

参考文献

致谢

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