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小型水下连续激光拉曼光谱探测控制系统设计与实现

杨志明  
【摘要】: 深海以其广阔的空间、丰富的资源和特殊的政治地位日益成为各国关注的重要战略区域。深海探测,尤其是原位、实时、连续探测,是开展深海研究、在深海竞争中取得优势的关键。目前,大部分深海实时、原位探测技术针对的是海底物理环境参数,对于海底化学成分的实时、原位分析基本依靠对特定组分的传感器的开发,非常缺少针对海底多种环境和多种成分的化学分析测试手段。 研制一套应用于海洋环境的小型低功耗原位激光拉曼光谱探测的控制系统,此控制系统可搭载在水下运载器平台上,可进行深海海底多种物质化学成份的原位分析。该控制系统软件部分通过了两个阶段的设计和试验,第一个阶段是利用浅海和实验室环境进行软件试验和性能测试,第二个阶段利用自容式激光拉曼光谱控制系统进行深海探测试验。本论文首先介绍了选题的背景和意义,然后介绍了激光拉曼探测原理,并分阶段介绍了浅海和深海的软硬件设计。作者的主要工作包括:①浅海试验样机的软件设计和实现;②深海自容式系统软件的总体设计规划。 在浅海试验阶段,该控制系统分为水上甲板控制子系统和水下数据采集子系统两部分。水上甲板控制子系统通过8芯电缆和水下数据采集子系统相连,通过RS485总线实现对水下部分的监测和控制,通信协议基于MODBUS;水下数据采集子系统以PC104计算机为平台,用MSP430单片机进行辅助控制,利用温湿度传感器进行舱体内温湿度的监控,整个控制系统的软件开发基于C#。浅海试验表明,该系统能够满足水下激光拉曼光谱探测的控制和通讯要求,实现水下化学成分的原位测量。 在浅海试验样机控制系统的基础上,参与了深海探测控制系统自容式设计的整体规划,其软件的整体设计沿袭了浅海样机软件设计框架。 论文主要包括以下内容: (1)水下数据采集子系统硬件平台的搭建以及PC104计算机激光拉曼光谱采集软件的开发; (2)单片机辅助系统和温湿度信号采集系统的软硬件平台的搭建; (3)水上甲板控制子系统软件的开发。 在深海自容式系统本文主要介绍了: (1)水下自容式系统硬件平台的搭建以及PC104计算机激光拉曼光谱采集和深海图像采集软件的开发; (2)单片机控制系统的软硬件平台的搭建; (3) PC104计算机中文件的操作,以及对单片机任务包进行管理的上位机软件的开发。


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