深海多钻头5米钻机电子监控系统研制

摘要

当今世界飞速发展，资源问题也日渐突出，人类对矿物资源、能源的需求量不断增加，地球陆地的资源越来越少。海洋占据着七成左右的地球总面积，海洋拥有很大的矿产等资源的储量，开发前景巨大。本文研究的深海取样钻机技术应归类于大洋钻探技术与深海探测范畴。深海探测，对于勘探深海矿物、调查深海地质以及研究深海生态，都产生着非常深远的影响。
　　本文根据深海取样钻机智能化和可视性的具体需求，研制了一套深海多钻头5米钻机电子监控系统。该系统分为甲板和水下两部分：甲板系统可以对水下设备作业情况进行监视和控制；水下监控系统采集各传感器的数据、执行上位机下达的命令，实现对钻机的作业控制。其中水下监控系统由主监控系统和外围扩展系统构成。甲板系统与水下监控系统通过光纤动力复合钢缆实时通信。
　　本文要完成的主要工作为：系统总体设计与通信原理、系统硬件设计、系统软件设计和系统调试。
　　根据深海钻机电子监控系统的需求，本文首先制定了系统总体结构设计方案，并简单介绍了光纤通信原理。然后详细介绍了系统硬件的设计原理与实现，嵌入式系统硬件以STM32F103VCT6为微控制器，完成了水下主监控系统与外围扩展系统的电路设计，水下主监控系统与外围扩展系统是通过 CAN总线实现通信的。接着对软件系统开发作了详细的介绍，其中软件系统包括水下嵌入式软件设计和甲板监控平台软件设计。水下嵌入式软件设计实现了水下主监控系统与外围扩展系统的采集与作业功能，而甲板监控平台软件设计则实现了对水下设备的监控。最后，介绍了系统的调试过程。
　　本文研制了一套基于10KM铠装复合光缆的深海多钻头5米钻机电子监控系统，该系统在长沙矿山研究院完成了车间调试，顺利实现钻机设备的控制，现已装配到中科院海洋所的“科学号”科考船上，即将进行海试和投入正式使用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.3 主要研究内容

第2章 系统总体设计与通信原理

2.1 系统工作模型介绍

2.2 系统功能要求

2.3 系统方案选择

2.4 系统设计思路

2.5 光纤通信系统原理

2.6 本章小结

第3章 硬件系统设计

3.1 硬件系统结构

3.2 供电系统设计

3.3 水下监控系统模块

3.4 外围扩展系统模块

3.5 本章小结

第4章 水下监控软件设计

4.1软件总体设计

4.2通信协议设计

4.3主监控系统软件设计

4.4外围扩展系统软件设计

4.5本章小结

第5章 甲板监控软件设计

5.1监控界面设计

5.2软件总体设计

5.3串口通信软件设计

5.4数据的采集与处理

5.5本章小结

第6章 系统调试

6. 1 调试步骤

6. 2 实验室调试

6. 3 接线与装仓

6. 4 车间调试

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录A：

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

学术论文：

参加的科研项目