基于海底观测网的深海化学监测系统的设计

根据海底观测网和海洋科学仪器的特点,设计了能适用于海底观测网的深海原位化学监测系统.该系统由数据采集器以及阴离子分析仪、硝酸盐传感器、叶绿素传感器、溶解氧传感器、甲烷传感器等水下化学监测仪器组成.文中设计的数据采集器,能够与海底观测网科学仪器节点中接驳盒的标准供电和通讯接口进行连接,并能够对不同接口类型的仪器进行集成扩展.通过模拟深海环境试验以及浅海海试的验证,证明了该设计的可行性.     

海底观测网络次接驳盒硬件设计与实现

深海海底观测网络是针对深海海底探测与研究而提出的课题。在海底观测网中,为了实现对水下各种观测信息的实时采集和水下各种传感设备的控制,设计了一种基于SOC片上系统的海底观测网络次级接驳盒电路控制系统。采用模块化设计思想,构建了包括主控芯片模块、数据采集模块、电能控制模块、视频监控模块的次级接驳盒电路控制系统。试验测试结果表明,该系统能够可靠稳定地运行,为海底观测网络的长期运行提供了保证。     

海底观测网接驳盒技术

利用海缆和接驳盒将布放在海底表面及海洋内的用于科学观测的仪器连成一个网络,并与陆地的因特网和电力网有机连接而组成的可实现长期、连续、实时的原位观测的海底观测网已经成为海洋科学研究的重要平台。研究和介绍海底观测网接驳盒所涉及的关键技术,包括接驳盒的电能供给及变换、高带宽通信与高精度对时、供电故障诊断与隔离、水下封装与设计等。基于所研究技术的接驳盒样机成功地进行水池和高压模拟试验、浅海运行试验、和深海组网试验等系列试验,并验证相关技术:基于直流变换的电能分配和供给方式可应用在海底观测网上;点对点的主干网光纤通信及多级树形结构的通信架构可满足海底观测网需求;独立端口的过电压、过电流和接地故障的诊断和隔离可提高系统的整体可靠性;模块化的封装结构和可维护的分离结构可降低成本并提高了系统的可维护性。     

海底观测网电能管理控制系统研究

海底观测网的电能是由陆地电网通过光电复合缆和接驳盒提供的,为了实现对海底观测设备电能供给状态的在线实时监测和控制,提高海底供电系统的可靠性和用能效率,设计了一套海底观测网电能管理控制系统。系统通过检测各舱体内的温度和漏水情况、电缆绝缘情况以及内外部负载的用电情况,诊断故障并采取保护措施,然后将监测数据通过光纤以太网上传至上位机,实现了岸基站控制台对系统的远程控制和管理。试验表明,该系统能够可靠稳定地运行,为海底观测网长期运行提供了保证。     

模块化CC/CV变换器及其控制策略

为实现长期深海观测,并充分利用恒流输电海底观测网抵抗输电缆短路故障能力强,可靠性高,鲁棒性好等优点,设计并实现了海底观测网多模块恒流变换器。综合考虑系统体积、电能变换效率、可靠性以及输入输出电压和功率等级等多方面因素,提出采用推挽拓扑和输入串联输出并联的多模块堆叠结构的恒流转恒压电能变换系统(CC/CV)。针对恒流输电系统稳定性特性问题,分析设计用于功率补偿作用的功率平衡器,并对基于共占空比的功率平衡器控制策略进行研究。设计出在低频段具有高增益,在中频段具有足够相位裕量,在高频段能有效抑制高频干扰功能的补偿控制器以获得更佳的控制效果。在实验室环境下验证了CC/CV电能变换技术,测试结果验证了各模块间的兼容性和系统整体的可靠性,为今后研究和建设长期实用型的多节点恒流输电缆系海底观测网提供了理论依据和技术支持。     

实时传输潜标平台中的深海海流观测系统设计

提出了一种利用潜标观测平台、采用非接触式电磁耦合数据传输技术对布置于深海的RCM9、ADCP自容式海流观测仪器进行长距离实时测控的设计方案;介绍了实时海流观测系统的结构组成、硬件和软件流程设计。海上试验表明,该技术方案实现了对深海海流实时监控的预期目标。     

应用于海底观测网的矢量水听器信号采集系统

基于中北大学研制的纳机电矢量水听器,设计一套应用于深海海底观测网的矢量水听器信号采集系统。该系统以FPGA为控制核心实现对纳机电矢量水听器矢量声场信号的预处理、采集、编码、存储及传输,同时可读取水听器姿态信息和温度信息以实时了解水听器环境状况,便于后续算法处理。最后进行系统调试,结果表明该系统可成功实现其功能,且具有低功耗,满足应用于海底观测网的需求。     

海洋牧场生态环境在线观测平台的研发与应用

针对海洋牧场水质生态环境在线监测状况,特别是对水下人工渔礁周围环境视频监控的需求,文章提出了一套完整的海洋牧场岸基有缆在线监测系统。同时还设计了一套终端监控软件安装在监测控制中心,实现远程控制指令依次下达至岸基系统与海底观测系统。方便用户查看当前水质状况、海底生物实况视频以及查询历史数据。该系统在威海西霞口海洋牧场进行的实验结果表明,系统能够按照设定程序上传水质数据和海底生物实况视频,实现了海洋牧场生态环境的在线监控。     

深海海底钻机收放系统动力学随机数值仿真方法研究

提出了一种随机不规则波浪激励下的收放系统动力学随机数值仿真方法。该方法以随机不规则波浪为输入,应用雨流计数法分析收放系统动态特性响应随机分布特征,获取不同水深和海况条件下收放系统动态响应统计规律。以深海海底钻机收放系统为例,对随机不规则波浪激励引起的母船摇荡-脐带缆-深海海底钻机摇荡进行分析,建立了计入海水阻尼的深海海底钻机收放系统动力学模型。然后,以随机不规则波浪的有义波高为特征值,产生随机不规则波浪激励,应用收放系统动力学模型分析计算系统动态随机响应,应用雨流计数法分析收放系统动态响应特性随机分布特征,并对不同水深和海况条件下的钻机摆动状况、升沉运动以及脐带缆张力等动态特性进行随机数值仿真分析与讨论。所提出的方法为随机不规则波浪激励下,海洋装备收放系统动态特性分析提供了新途径。     

两摆动自由度AUV水下接驳站结构方案研究

针对深海海底观测网技术发展的需求,将深海移动平台的动态、大范围观测与网络节点的静态、长期观测相结合,形成一个长期、实时的海洋环境立体观测网络,设计一种具有两个摆动自由度的水下接驳站,介绍其主体结构设计,并建立水下接驳站的拉格朗日动力学方程,分析调节重块对受到干扰后的接驳站恢复稳态的快速性的影响,同时进行仿真验证,并制作等比例缩放的接驳站样机模型进行水池试验。仿真和试验结果均表明,两自由度的水下接驳站的结构方案是可行的,可以适应不平地势、降低安装难度,并且增大调节重块的质量将有效增强接驳站的抗干扰性,减小接驳站受到干扰后偏离平衡位置的角度,加快接驳站受到干扰后的恢复到稳态的速度。     

海底极端环境模拟装置及其远程监控

开发一套模拟海底极端环境的实验装置，能在实验室进行极端环境细菌生物培养、海底成矿等试验，并且使实验数据实时共享，试验过程远程监控，实现虚拟试验。     

基于分布式计算的GSM无源传感系统

提出了基于分布式计算的GSM无源探测低空目标的传感网络系统,每个网络节点均由以GSM信号为照射源的8单元微带相控阵天线、接收机及ICS554采集和数据处理单元等组成无源探测子系统.经实验验证,该系统具有较好的无源探测低空目标的能力、数据传输实时性好且具有分布计算网络的可靠性高等优点,可以作为城市防空网络的补充,有效感知3KM范围低空目标,对于提高城市防空能力具有重要价值.     

开放式数控系统下位机实时控制模块的研究与开发

以ADT854运动控制卡为例,开发了下位机实时控制子系统,该系统采用实时数据采集、实时监控、COM组件技术等关键技术和C＋＋语言编程技巧,实现了下位机实时控制目标。     

基于ZigBee技术的数据采集系统的设计

作为一种短距离通信技术,ZigBee以其低成本和低功耗成为无线传感器网络的一种理想数据传输方法。基于无线传感器网络的数据采集系统在工农业中有广泛的用途。基于ZigBee协议,设计并实现了无线传感器网络中的终端节点、数据采集节点和系统的监控软件,同时采用ZigBee协议在网络路由的基础上实现了传感器网络的组网和传输。为了保证数据参数的安全性,在无线传感器网络中采用LBlock算法实现受信任的安全协议。实验表明,该数据采集系统能够实时采集和监控多种信息数据。     

滑坡实时监测报警系统电源设计

本文提出了一种由太阳能电池和铅蓄电池组成的滑坡实时监测报警系统的电源设计方案。此电源系统由DC／DC变换电路产生系统所需要的各种电压，由UC3906等元件组成双电平浮充充电电路，由继电器完成太阳能电池／铅酸蓄电池之间的切换。     

基于CAN总线和LabVIEW的能馈电子负载监控系统

为了实现对电源老化测试的自动控制和实时数据采集,基于CAN总线和NI的LabVIEW设计了一个能馈电子负载的监控系统。能馈电子负载系统由8个柜子共72个3 kW的电子负载单元组成,每个负载单元都由DSP控制。监控系统由电子负载单元内部的RS-485总线、柜子级的CAN总线以及系统级的CAN总线构成,并开发了基于LabVIEW的上位机人机监控界面。上位机通过三级总线可以和DSP通信,从而控制能馈电子负载系统的启动、停止,并能按照设定的电流值对电源进行测试,在测试过程中实时监测电源的状态。实际应用结果表明,该监控系统实时性好、可靠性高,取得了很好的控制效果。     

基于甲烷监测的无线传感器网络节点的硬件设计

设计一种用于甲烷气体监测的无线传感器网络节点硬件电路,可对煤矿瓦斯、家用天然气管道泄漏进行探测。以超低功耗的MSP430F149单片机为控制核心,以射频nRF905芯片为无线传输模块,以TP-1.1A甲烷传感器及其外围电路为传感器模块,重点分析了功耗,实现了网络节点的硬件电路设计,并测试了不同条件下传感器的感知精度、节点的功耗与收发信息次数的关系。结果表明该节点具有良好的甲烷监测的能力。     

基于C/S结构的数控设备网络监控系统

基于C/S结构的三层网络运行模式开发了一种集成式数控设备网络控制系统。该系统可同时满足通过串口和以太网口通信的数控设备联网需求,具有多线程运行机制。系统功能模块主要包括通讯管理子系统、数控设备管理子系统、数据库子系统和网络监控子系统等。深入分析了系统的实时性和可靠性,并采用DES算法来提高数据的保密性。系统测试结果表明该网络数控系统可以和多个设备及客户端进行信息交换,并能通过网络对数控设备进行视频监视和远程控制。     

A germplasm resources data collection and management geographic information system based heavyweight network

Recent advances in wireless sensor networks (WSNs) technologies and their incorporation with geographic information system (GIS) technologies offer vast opportunities for development and application of agriculture fields. This paper describes the design and implementation of jujube real-time monitoring and management system based on the WSN and GIS in germplasm resources fields. This system includes two parts: one is the data monitoring and collecting part based on the WSN, in which its sensor nodes can measure and collect various parameters such as air temperature, soil information, wind speed, rainfall and also some information of image and video. In addition, we discussed the communication protocol and nodes deployment method in this part. Another part is the data management system which consists of the remote monitoring subsystem and the jujube germplasm resources expert subsystem. It provides functions of jujube germplasm information storage and queries of remote monitoring data with the GIS technology. This work not only promotes the management of jujube trees, but also helps us cultivating superior varieties.