水下非接触电能传输和数据传输系统

摘要

海洋面积约占地球表面积的34，人类活动区域大概也只是在浅海区域，大洋深处95％的区域对于我们而言都是未知世界。随着陆地资源勘探渐渐趋于饱和，也因为海洋物产资源极为丰富，人类资源勘探要向海洋领域进军。我国作为一个海洋大国，许多海洋技术与设备进步的速度可以说是突飞猛进，海洋资源也越来越显现出其重要的战略意义。
　　海洋资源勘探离不开水下设备的海底作业，针对水下设备用电和收集设备数据的切实要求，本文提出并实现了一款运用电磁感应原理和无线网络技术的水下非接触式的电能传输和数据传输的系统。该系统以高频逆变原理为核心，以电磁耦合器为载体，以WIFI无线通信网络为传输媒介，实现电能和数据的无线发送和接收。实验结果表明，该水下非接触电能传输和数据传输系统性能优势明显，对接安装简便高效，低廉的成本实现了系统长寿命的安全工作，可以随时、随地安装或拆除，适用于多变的水文环境，为水下设备可靠工作提供充足的电能，接收监测数据反馈给计算机显示，在海洋领域有广泛的实际应用。
　　本文将从系统整体方案设计、硬件系统设计与实现、耦合器设计、软件系统设计与实现和系统联调这些方面，来完整介绍水下非接触电能传输和数据传输系统。整个系统又可以分为供电腔体和设备腔体两个部分。供电腔体负责将直流电转换成140KHz固定频率的交流电，两个腔体端面都封装了一个耦合器线圈，利用电磁耦合原理传输交流电，设备腔体负责将交流电整流成直流电，为水下设备供电；供电腔体和设备腔体还封装着一对 WIFI模块，一方面无线传输设备网络数据，另一方面无线传输两个腔体内的电压电流温度数值，最后在供电腔体连接的电脑上，显示这些网络数据。
　　本系统经过实际的测试，这套水下非接触电能传输和数据传输系统可以高效地传输电能，还可以保证可靠地数据传输，各个系统设计参数均已达标。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 本论文的主要研究内容和技术指标

1.4 论文章节结构安排

1.5 本章小结

第2章 系统相关原理及总体设计方案

2.1 系统相关原理概述

2.3 系统设计结构

2.4 本章小节

第3章 硬件系统设计与实现

3.1 控制测量系统设计

3.2 驱动电路设计

3.3 逆变电路设计

3.4 整流电路设计

3.5 电压测量模块

3.6 电流测量模块

3.7 温度测量模块

3.8 网络通信模块

3.9 WIFI模块

3.10 本章小结

第4章 耦合器设计

4.1 概述

4.2 耦合器选型

4.3 线圈的参数选择

4.4 补偿技术

4.5 谐振分析

4.6 耦合器设计结果

4.7 本章小结

第5章 软件系统设计与实现

5.1 软件系统总体方案设计

5.2 系统初始化

5.3 定时器1的PWM输出

5.4 LWIP初始化

5.5 获取数据帧

5.6 UDP数据通信

5.7 本章小结

第6章 系统调试和性能测试

6.1 驱动电路调试

6.2 主控电路调试

6.3 WIFI模块调试

6.4 电能传输性能

6.5 系统联调

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录