基于耦合通信链的海洋环境监测传感器组网技术研究

【摘要】现今地球陆地能源与矿产资源逐渐匮乏，人类对资源的开发逐渐由陆地转向海洋。海洋蕴含极其丰富的资源，是大自然赋予人类的巨大财富。但是随着人们对海洋的不断探索与开发，环境问题也随之而来。为了保护海洋环境，做到可持续的开发海洋资源，发展海洋环境监测技术已经成为全球海洋技术进步的重要组成部分。海洋环境复杂多变，这对海洋环境监测技术提出了较高要求。近年来，随着传感器技术与海洋数据传输技术的发展，全方位、长期、实时的海洋环境监测已经成为可能。本文利用海水介质耦合链通信技术、多传感器信息融合技术、双路总线可靠传输技术、长距离实时传输控制技术等设计了一套海洋环境监测传感器组网观测系统，旨在提供一种水下多节点组网通信技术以提高分布式海洋环境监测能力。本文提出以CTD与溶解氧传感器作为监测源，集多水下数据采集节点、汇聚节点、链式耦合通信模块、铱星通信模块、嵌入式监控平台与一体的设计方案。主要完成2部分功能：水下数据采集节点与汇聚节点通过热冗余式总线组网完成数据采集、存储于发送；汇聚节点通过耦合通信模块、铱星通信模块与嵌入式监控平台完成数据、状态和指令的交互。本文主要完成以下几部分工作：水下节点硬件和软件设计、嵌入式监控平台外围硬件设计、数据传输协议设计、嵌入式监控端系统平台搭建、用户人机交互软件设计、系统调试。水下节点硬件以STM32F107VCT6为核心，设计电源电路、串行通信电路、CAN总线和以太网总线通信电路、MicroSD卡存储电路等。嵌入式监控平台硬件以S5PV210核心板为核心，设计扩展电路，包括电源电路、串行通信电路、USBHOST接口电路、SD卡存储电路、以太网接口电路、LCD电阻屏接口电路等。数据传输协议分为4层设计，提供可靠传输机制，保证水下各节点之间、汇聚节点与嵌入式监控平台之间数据传输的可靠性。水下采集节点与汇聚节点软件实现了传感器数据的采集、存储与转发，热冗余式组网通信总线的智能切换，用户指令的交互等功能。嵌入式监控平台系统基于嵌入式Linux操作系统，包括引导程序的设计、Linux内核与驱动的裁剪和移植、文件系统的制作等。用户人机交互软件完成了对水下采集系统数据的接收、存储和实时图表显示，同时实现对水下采集系统的远程控制与状态监控。调试部分首先对各个模块进行单独的软硬件调试，最后在实验室中进行整体数据收发调试，证实本文所设计的海洋环境传感器组网观测系统已达到了预期的设计目标。在本文结尾，对本课题所完成的工作进行了回顾与总结，同时指出目前尚存在的不足之处以及后期改进和完善的方向。
【作者】张翼；
【导师】蔡文郁；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】数据采集；通信协议；Linux；STM32；S5PV210；Qt/Embedded；

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