深海近底层生物幼体直视取样监控系统研制

摘要

随着人类对陆地资源开发殆尽，人们逐渐开始重视海洋资源的开发。进入21世纪以来，对海洋资源的争夺更加白热化，世界各国都争相标榜自己为海洋强国。深海中不仅蕴藏了丰富的矿产资源，而且孕育了种类繁多不为人知的生物资源。对深海生物资源的探索是揭示人类生命奥秘、基因起源的重要环节，能极大的促进生命科学的发展。目前西方各国都加紧了对深海生物资源的开发和利用，其生物取样器的研制水平已经达到高度发达的水平，而我国仍然远远落后于发达国家。本文主要是针对深海生物取样装置研究的一套深海近底层生物幼体直视取样监控系统，将为我国的深海生物取样器装配“大脑”和“眼睛”，实现远程视频监控深海生物取样装置的工作，以提高深海生物取样的作业效率和成功率。
　　本文首先给出了课题的来源，分析了深海近底层生物幼体直视取样监控装置研究的背景和意义，同时叙述了目前国内外研究的现状和未来发展的趋势，详细列出了本课题研究的内容和主要的工作。
　　然后对系统涉及到的相关的原理进行了简单的介绍，主要包括深海生物取样器的工作原理，光纤通信的相关理论、视频远距离传输的相关理论以及RS-485组网的相关理论。
　　在方案选择阶段，对系统的设计方案进行了选择，主要包括混合传输技术方案的选择、嵌入式主控制系统设计方案的选择、甲板监控系统上位机软件设计方案的选择等。
　　系统硬件设计方面，对主要的功能模块的硬件设计进行了叙述。
　　嵌入式系统软件设计方面，主要包括嵌入式主控制系统软件的设计，其中包括了对STM32的初始化和配置、串行口接收和发送事件的实现、定时器捕获方式测频的设计以及各个ADC模拟量采集的实现等。
　　甲板监控上位机软件的设计包括主控制软件和CTD绘图软件的设计，对上位机软件的界面布局进行了设计，同时对软件采用的架构进行了分析，最后详细叙述了图形仪表控件的开发和整体软件的开发等。
　　系统调试阶段主要是对实验室系统联调以及系统近海海试过程中遇到的一些问题进行了分析并给出了调试的最终的结果。最后对本系统目前在测试过程中遇到的一些需要改进的问题进行了详细叙述，并提出了改进的建议和期望，对未来本系统的发展提出了一些建议，并对下一步的研究方向进行了展望。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景和意义

1.3 国内外深海生物幼体直视取样装置的研究现状和发展趋势

1.4 本课题的研究内容和主要工作

1.5 本章小结

第2章 系统相关原理概述

2.1深海生物幼体直视取样原理

2.2光纤通信技术相关理论

2.3 视频远距离传输的相关理论

2.4 RS-485总线组网原理介绍

2.5 水下传感器工作原理介绍

2.6 本章小节

第3章 系统结构和方案设计

3.1 课题设计目标和要求

3.2 系统设计方案选择

3.3 深海生物幼体取样监控系统的方案

3.4 本章小结

第4章 嵌入式硬件系统设计

4.1 嵌入式主控制系统硬件结构

4.2嵌入式主控系统微控制器核心电路

4.3嵌入式主控系统电源电路

4.4串行通信接口电路

4.5倾角传感器电路

4.6漏水检测电路

4.7流量计脉冲计数电路

4.8供电电压检测电路

4.9低电压继电器驱动电路和高电压继电器驱动电路

4.10驱动舱电路框图

4.11 本章小结

第5章嵌入式系统软件设计

5.1嵌入式系统软件开发环境介绍

5.2 嵌入式系统软件设计

5.3 嵌入式主控制系统软件框架设计

5.4 嵌入式主控制系统软件初始化

5.5 嵌入式主控制系统主通信串行接口接收事件的实现

5.6 嵌入式主控制系统软件测频的实现

5.7 嵌入式主控制系统软件ADC采集量的实现

5.8 本章小结

第6章 甲板监控系统上位机软件设计

6.1 C#开发语言的介绍

6.2 甲板监控系统上位机软件结构设计

6.3 甲板监控系统上位机软件主控制系统界面布局设计

6.4 甲板监控系统上位机软件程序设计

6.5 甲板监控系统上位机软件CTD绘图软件结构设计

6.6 甲板监控系统上位机软件CTD绘图软件界面设计

6.7 甲板监控系统上位机软件CTD绘图软件程序设计

6.8 本章小结

第7章 系统调试

7.1 主控制系统实验室调试

7.2 主控制系统和驱动舱控制系统实验室联合调试

7.3 近海海试

第8章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目