用于海洋化学参数探测的多通道数据采集器的研发

摘要

本文描述了一种能够实时原位监测的水下多通道数据采集器的研发。该数据采集器能够同时处理离子选择性电极和电流型传感器的信号，具有高输入阻抗、在线通讯、低功耗、小型化和高可靠性的特点。它可以连接各种各样的化学传感器，包括pH电极、钙离子电极、硫化氢传感器等。该数据采集器由处理传感器信号的前置放大电路、控制电路的微控制器、用于数据存储的Flash存储器、RS-485通讯接口和电源模块组成。本文对这些子模块分别设计，然后集成为一整套系统。
　　本文采用德州仪器公司的MSP430F149作为数据采集器的微控制器。MSP430F149有丰富的片内外设，还具有超低功耗、低供电电压的特点，这些特性使得其适用于系统小型化和低功耗设计。根据计算，该数据采集器可在2Hz采样频率下连续运行283天。离子选择性电极信号采集通道采用了具有高输入阻抗的运算放大器进行电压跟随，使得数据采集器能够准确地测量离子选择性电极产生的信号;电流型传感器信号采集通道采用三电极放大系统;温度信号采集通道采用三线制测温电路，能够消除接线电阻对测量结果的影响，提高测量的准确性。电源管理模块由一个低压差线性稳压器和两节锂电池组成，存储部分采用内存为1GB的Flash存储器，通讯部分采用RS-485协议。本文然后对系统的软件部分进行了数据格式定义、通讯协议的制定和状态机设置等。
　　本文对数据采集器的采样、数据存储和通讯功能进行验证实验，重点是对离子选择性电极信号采集通道、电流型传感器信号采集通道和温度传感器信号采集通道进行测试。实验结果都达到了预期目标，系统各个功能模块性能良好。本文还做了与pH电极和溶解氧电极连接起来的综合实验。实验结果证明该数据采集器能够很好的获得传感器的信号。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 水下数据采集技术介绍

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究目的和意义

1．5 主要研究内容

1．6 小结

2 水下多通道数据采集器总体设计研究

2．1 系统的需求分析

2．2 系统的设计要求

2．3 系统的总体设计方案

2．3．1 高输入阻抗处理

2．3．2 低功耗设计

2．4 小结

3 系统详细设计与实现

3．1 传感器信号采集通道

3．1．1 离子选择性电极信号采集通道

3．1．2 电流型传感器信号采集通道

3．1．3 温度传感器信号采集通道

3．2 控制和存储模块

3．2．1 微控制器

3．2．2 Flash存储器

3．3 电源管理模块

3．4 通讯及显示系统

3．5 印刷电路板制作

3．6 系统软件部分

3．6．1 数据格式

3．6．2 通讯协议

3．6．3 系统软件

3．7 水密耐压封袭

3．8 小结

4 数据采集器调试与试验研究

4．1 基本功能调试

4．1．1 硬件电路调试

4．1．2 软件调试

4．2 数据采集通道试验研究

4．2．1 对离子选择性电极信号采集通道的调试

4．2．2 对电流型传感器信号采集通道的调试

4．2．3 对温度传感器数据采集通道的调试

4．2．4 pH电极标定实验

4．2．5 溶解氧电极标定实验

4．3 水下pH值检测综合实验

4．3．1 实验准备工作

4．3．2 实验步骤

4．3．3 实验结果与分析

4．3．4 实验总结

4．4 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简介