近海海洋仪器试验场装备控制与通信系统研究

论文摘要

海洋仪器设备的研发,从设计原理上就决定了很难在室内完成测试。对这类仪器或系统,必须采用室内测试和海洋现场试验相结合的方法进行技术性能指标的测试和验证。目前,国内测试场很少,主要位于威海、青岛、珠海等附近,其海况相对优良,不能反映长江口近海海域所具有的高营养盐、高浊度和盐度变化大等特点,很多情况下无法满足设备测试要求。为解决这一问题,利用长江口近海海域现有岛礁和测站基础设施,研发专用测试装备,形成海洋仪器设备海上试验场具有重要价值。实现多个站点之间的互联互通是实现海上试验场的必要条件,为此,本文以测试装备通讯和控制系统设计和开发为目标进行研究,主要进行的研究内容和取得的成果如下:（1）针对国内外海上试验场中测试海洋仪器设备的发展现状,以及东海海域营养盐丰富,生物附着可能性大,泥沙和盐度呈梯度分布且变化大的特点,为形成较为完善的试验场,从微波通讯要求、地形地貌、距离、海况、营养盐分布、盐度、浊度等方面对东海海域相关岛礁和测站进行了综合性调研分析。（2）根据海洋仪器试验场测试需求和上海近海站点调研,选择能反映上海近海的杭州湾和长江入海口两个不同地域海水特性,实时观测海上试验场中测试仪器设备抗生物附着和抗腐蚀性能。根据试验场各站点位置、距离、海拔等要素和视频通讯需求,确立了以大戢山为中心,芦潮港、九段沙、南槽东和唐脑山岛（小洋山）4个站点将采集的数据发送到大戢山站进行中继,由大戢山站点将数据传输登陆的方案。经过设计计算针对不同站点选取了合适的微波通讯频段,并进行了校核,在移动测试中系统带宽为2.0Mbps以上,接受灵敏度为-83.8dBm,在3个月内,微通讯系统无丢包现象,误码率<10-9。（3）根据不同岛礁和测试站点的不同,提出了固定式海洋仪器自动测试和浮式海洋仪器自动测试两套装置的基本架构。以远距离视频控制监测、传感器升降机构和控制信号的双向传输等目标进行研究,设计了以STM32F427作为控制系统核心,结合多项固态继电器电路、摄像头模块、电机驱动模块和数据通讯转换模块,搭载溶氧/温度、PH、AP-2000多参数和GPS传感器等多路传感器,能够适应耐盐雾环境的高可靠控制板卡系统,再结合部署在阿里云上的IIS服务,实时观测仪器设备的抗生物附着和抗腐蚀性能,实现了浮标（或固定检测装置）上被测传感器视频和数据的回传,电脑、手机等终端设备通过访问服务器来对系统实现远程控制的。（4）针对设备的控制系统要求进行现场试验。在多站点海洋仪器设备试验场中选择大戢山浮标测试平台为例进行数据分析和计算。测试验场试平台投放完成后,结合具体使用情况对系统各项指标进行测试及分析,并对误差较大的参数进行相应修正。主要包括浮标系统对系统功耗分析、传感器污损生物附着分析和传感器的数据三个方面进行分析。试验结果显示,海洋仪器浮式升降检测装置能够适应不同海域的海况,海况观测摄像头能够正常工作、附着物生长情况和升降装置运行稳定,各个子系统运行良好。浮式设备电压稳定在13.20V,工作电流维持在0.36A。在连续阴雨天气,供电系统能够连续125.5-141.2小时正常工作。根据试验场各站点设备数据上传情况,对数据进行收集,形成相关曲线和报表。（5）把上传到ECS的数据定期同步到RDS中,再利用Visual Studio 2017对进行Excel进行VSTO的可视化开发。结合EXCEL中对试验场中传感器的数据进行处理、分析和保存。根据固定式海洋仪器自动测试装备和浮式海洋仪器自动测试装备实际搭载的测试设备,结合《多站点海洋仪器设备海上测试标准（草案）》进行后期的数据处理、分析和比对。通过浮式海洋仪器自动测试装备搭载的DPS600型PH单参数、DOS300型温度/溶氧两参数、AP-2000多参数水质传感器多个传感器进行了2017年10到2018年8月长周期间断性的数据分析和比对,数据分析和比对结果很好的实际应用价值,能够为测试设备提供准确的数据,为设备后期的研发和测试提供数据支撑。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章引言

1.1 论文研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 论文研究的思路和内容

1.3.1 论文研究思路

1.3.2 论文研究内容

1.4 论文解决的关键问题

第二章近海海洋仪器设备试验场站网总体方案设计

2.1 试验场站网站点调研与分析

2.2 长江口海域海洋仪器试验场构建

2.2.1 试验场站点的选择

2.2.2 微波通讯系统设计

2.3 微波通信系统的性能分析与校核

2.3.1 试验场测试站点间的可视分析

2.3.2 微波通讯系统的信号衰减分析

2.3.3 附属系统设计

2.4 微波通信系统海上现场测试

2.4.1 移动试验测试

2.4.2 岸站通讯测试

2.5 本章小结

第三章试验场装备控制系统设计与实现

3.1 海洋仪器试验场控制系统总体设计

3.1.1 试验场装备控制系统总体架构

3.1.2 控制系统模块组成

3.2 海洋仪器试验场控制系统软硬件实现

3.2.1 系统硬件设计

3.2.2 系统的软件设计

3.3 海上试验场上位机程序设计

3.3.1 海上试验场上位机程序架构

3.3.2 前端界面设计

3.3.3 上位机程序设计

3.3.4 程序安装和试运行

3.4 本章小结

第四章现场试验及数据分析

4.1 大戢山与南槽东站点投放试验与应用

4.2 海洋仪器试验场控制系统试验及数据分析

4.2.1 设备的投放和调试

4.2.2 系统预运行数据分析

4.3 数据获取

4.4 本章小结

第五章海上试验场传感器数据处理系统构建与实现

5.1 海上试验场传感器数据处理系统的整体结构

5.2 云数据库RDS配置

5.2.1 阿里云RDS简介

5.2.2 通过客户端连接RDS实例

5.3 Visual Studio2017+VSTO程序设计

5.3.1 程序设计流程图

5.3.2 程序实现

5.3.3 功能区管理代码（Ribbon1）

5.3.4 程序编译和发布

5.4 EXCEL处理数据

5.4.1 EXCEL插件程序的安装

5.4.2 用户登录管理

5.4.3 云数据库的连接

5.4.4 数据的选择

5.4.5 功能区的按钮操作

5.4.6 同类传感器数据对比分析

5.4.7 单传感器分析

5.5 传感器数据与附着物分析

5.5.1 单参数变化

5.5.2 同类型参数对比

5.5.3 传感器附着物分析

5.6 本章小结

第六章总结和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者在校科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 向鹏

导师: 胡庆松

关键词: 海上试验场,微波通讯系统,视频通讯,控制功能模块,污损生物附着,数据处理

来源: 上海海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 海洋学,仪器仪表工业,电信技术

单位: 上海海洋大学

分类号: TN914;TH766

DOI: 10.27314/d.cnki.gsscu.2019.000486

总页数: 102

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