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SZF波浪方向浮标数据接收和处理系统

赵曙东  
【摘要】: 地球上有广袤的面积被海洋所覆盖,海洋是地球科学研究的重要对象。海洋观测是认识海洋、研究海洋、开发利用海洋的基础,海洋观测仪器则是海洋观测的工具和手段。在众多的海洋观测要素中,海浪是其中最重要且最复杂的一种。因此,观测海洋波浪就显得特别重要了。海浪的观测有多种多样的手段、方法和观测仪器。不同的观测仪器有不同的测量原理和适用范围。相对于其它波浪观测仪器,波浪方向浮标具有许多不易被取代的优点:如坚固耐用,可做长时间、连续无人值守的现场观测,为了特定的观测目的可对传感器进行剪裁和扩充,仪器设置简便,机动性高且不受水深限制,成本相对较低等等。SZF波浪方向浮标是一种可测量波高、波周期和波向的国产化海浪测量仪器。SZF浮标系统硬件包括浮标、岸站接收机和上位机三部分。 本文依托国家863计划海洋监测技术成果标准化工程:波浪方向浮标,设计波浪方向浮标的数据接收和处理系统。论文中主要研究了以下几个问题:软件编程、波浪数据处理的原理和方法、部分硬件电路的设计和实现。主要工作放在软件编程上。 在软件编程方面,程序使用VC++6.0编写。VC++是微软公司的产品,是目前Windows平台下最强大和最灵活的开发工具。按照系统的设计功能和要求,在统一的MFC框架下按功能进行分块编程。包括通讯、数据处理分析统计、绘图、存储等功能模块。其中通讯和仪器控制兼容Modbus通讯协议。串口通讯采用Windows API函数编写,使其具有更大的灵活性,提高了程序运行效率。程序中用到了DLL技术、COM技术、C++的标准模版库、及Matlab和VC++的混合编程等技术。 在波浪数据处理的原理和方法方面主要介绍了特征值统计的原理和方法,以及一维能谱的实现。同时给出了软件程序的实现方法。 上位机通过RS232串行接口和岸站接收机实时数据通讯。在硬件电路部分详细给出了岸站接收机的设计思想、设计方案和硬件电路的具体实现。硬件电路以AT89S52单片机为核心,外围扩展各种功能的IC芯片,如FLASH芯片、实时日历钟芯片、微型打印机等等,组成一个单片机功能齐备的系统。 实验室实验和海上现场实验证明,SZF波浪方向浮标数据接收和处理系统的各项指标达到了设计要求,它的运行稳定,操作简单方便。数据接收准确,数据处理结果真实可靠。基本可提交给用户使用。


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