基于ATmega16A的低功耗高精度桥式温度测量系统设计

当前温度测量应用越来越广泛,针对工农业及科研领域对低功耗及高精度测温的要求,系统描述了一个桥式测温系统的设计方案与工作原理。系统采用低功耗AVR单片机作为控制芯片,通过单臂分压将热敏电阻分压后的电压信号传入A/D转换芯片,再将A/D转换后的数字量送入单片机计算,从而得到热敏电阻阻值,最后通过曲线拟合算出所测温度值。系统能实现低功耗、高精度测温。     

6000m电缆传输CTD剖面仪数据采集系统设计

介绍一种6 000 m高精度CTD剖面仪数据采集控制系统的设计。该数据采集系统采用超低功耗单片机MSP430作为系统主控芯片,为避免繁杂的控制内容干扰传感器数据采集,双CPU体系结构保证了高精度数据采集,同时完成系统控制任务,通过充分开发利用单片机自身丰富的集成模块和低功耗设计,提高集成度,降低功耗。CTD剖面仪在海上与进口仪器进行的多次现场比测试验,各项测量参数数据接近,趋势一致,证明该仪器性能接近国外产品,工作稳定可靠。     

多波束成像声纳系统低功耗设计

针对多波束成像声纳系统降低系统功耗提高续航能力的要求,从硬件和算法两个方面展开了对系统的低功耗设计。硬件方面通过采用单电源运算放大器(OPA)电路架构对系统调理模块的放大、滤波链路进行了重新设计,实际测试结果表明实现了14.37W的系统功耗降低。算法方面通过提出一种基于圆阵的旋转多波束形成方法,在完成系统多波束设计的基础上实现了85倍的资源优化效果,为信号处理模块的FPGA芯片低功耗选型提供了技术支撑。     

基于DDS芯片AD5930信号发生器的设计与实现

提出一种以直接数字合成(DDS-Direct Digital Synthesis)技术为基础的信号发生器的设计。采用单片机MSP430F149控制DDS芯片AD5930产生信号频率范围可调的正弦信号,同时通过16位DA芯片AD5662实现信号幅度调节。该信号发生器控制方便灵活,电路结构简单,同时具备低功耗和低成本的特点,具有非常广阔的应用前景。     

基于W7100A芯片的海洋仪器网络接口的设计

针对大量的海洋观测仪器连接到因特网的实际需求,在分析了目前仪器设备多种联网方案的基础上,提出了一种基于W7100A芯片的网络接口的设计方案,该方案具有硬件电路简单、功耗及成本低、工作温度范围广、适应海洋工作环境的特点。介绍了W7100A芯片的基本原理和特性,提供了网络接口的硬件电路设计方法,并介绍了基于客户端和服务器的软件设计流程,为海洋仪器的联网提供一种可靠方便的网络功能模块,在海洋仪器中得到业务化应用,通过与同类其它产品比较,更适合应用于海洋仪器中,并可推广到其他设备使用。     

极区冰基拖曳式海洋剖面浮标系统低功耗设计与实现

针对极区冰基拖曳式海洋剖面浮标长期稳定获取极区水文和气象数据的工作需求,进行了浮标系统的低功耗方案设计。该方案基于超低功耗51系列微处理器,根据最低功耗工作模式与最短工作时间原则,采用高效的电源管理机制对浮标系统各个部分的能量消耗进行合理的分配与管理,并应用了Argos卫星通讯模块ARGOS-3 PMT-RFM的BPSK调制低速数据传输模式,可有效降低浮标系统的整体能耗。该浮标在北极冰站上长达1年的运行情况表明该系统工作稳定,所采用的低功耗能量管理方案实现了浮标系统长期连续观测的需求。该浮标的成功试验和推广应用有助于极地研究人员更准确地分析海冰变化过程。     

一种由80C552单片机控制的自动气象仪

介绍了一种由 80 C5 5 2单片机作为主控芯片的自动气象仪 ,能完成多种气象参数的测量。文中论述了其独有的特色以及硬件电路设计方法和软件设计方法     

基于SDI-12总线的海洋环境监测数据采集技术的初探

介绍了近年欧美国家在环境监测中普遍应用的串行数字接口标准SDI-12的电气特性及通讯协议,该接口标准具有以单根三芯电缆连接多个传感器、低功耗、长距离、接口电路简单、系统集成成本低等优点,非常适合我国海洋环境监测中系统扩展灵活、多要素观测的实际需求。基于此接口标准,本文设计了一种应用于海洋环境监测的数据采集系统,介绍了数据采集系统的SDI-12接口的硬件电路设计和数据采集软件程序流程,该数据采集系统具有总线结构、扩展方便、低功耗、总线供电、通用性强等特点。     

低功耗无线网络通信潜标设计应用

介绍了基于802.15.4无线个人网络通信协议和嵌入式模数混合处理器AD 73460在低功耗无线通信潜标系统设计中的应用。内容包括AD 73460(AD I公司的218x系列处理器)和小硬盘在低功耗数据采集电路的设计和基于802.15.4的M AC层无线网络协议芯片(F reesca le公司的M C 13192)在组建无线通信潜标网络中的应用,组建网络的基本形式为星型网络和树型网络。     

海床基自动监测系统中央控制单元设计与实验

根据海洋监测仪器及系统工作环境的特点,需要从高可靠性、低功耗、长时间工作、小体积、轻重量等几个方面进行深入分析和研究。论文设计的海床基自动监测系统的中央控制单元,采用工业MSP430、带中断输出的时钟芯片DS1305、FLASH RAM和低阈值VMOS功率管等低功耗3.3 V器件,应用中断和休眠软件设计方法,很好地满足了使用要求。通过实验和分析,指出了低功耗海洋监测仪器及系统设计的基本原则,总结了MSP430闲置的管脚处理、上拉电阻阻值合理选择和电池自放电电流等问题的解决方案和应用经验。     

基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计

以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。     

应用于海洋时间序列沉积物捕获器控制系统方法研究

提出了一种海洋沉积物捕获器控制系统的软/硬件设计方案。该方案采用低功耗的硬件结构,多种冗余技术的软件设计, 满足了沉积物捕获器在海底可长达1 a 的低功耗、自动定时采集沉积物样品的要求。经过实验, 该控制系统运行可靠, 采样瓶切换控制准确, 运行数据记录完整, 具有广阔的应用前景。     

一种用于海洋综合观测浮标的多种通信方式集成系统

为了优化海洋综合观测浮标的通信系统,设计了一种通信方式集成系统,将多种通信模块进行集成管理,并在每个数据发送周期进行通信信号检测,经过比较选择最优的通信方式进行数据传输。该系统具有采集数据完整、数据冗余小、运行功耗低等优点,有效增强了浮标的通信能力,完善了原有通信系统的功能,并且后期还具备较强的可扩展性功能,如浮标舱内环境监测和独立定位等,进一步增强浮标的安全性。该系统已经完成12个月的海上试运行,系统运行稳定,功能达到预期,可满足海洋综合观测浮标对多种通信方式进行优化管理的需求。     

基于微控制器数字硬件实现的网格涡卷超混沌系统

基于微控制器(MCU)设计了一个通用的四维混沌系统数字硬件实验电路,由此实现了9×7网格涡卷的混沌和超混沌吸引子的生成.本文基于由Colpitts振荡器模型延伸出的四维多涡卷超混沌系统,通过引入单位锯齿波函数替换原系统中的三角波函数,构建了一个便于MCU数字硬件实现的新的网格涡卷超混沌系统,并对新系统网格涡卷吸引子的形成机理进行了分析和数值仿真.通过采用Euler算法对新系统进行离散化,在实验电路的有效动态范围内可以生成比原系统更多网格涡卷数量的吸引子.实验结果有效验证了本文基于MCU实现的网格涡卷超混沌     

基于ARM的海洋站水文气象自动观测系统设计

针对国内现有的基于单片机或PC/104的数据采集系统的不足,介绍了一种基于ARM(Advanced RISCMachines)平台和单片机平台的数据采集系统。它结合了国外先进的数据采集技术,具有功耗低、体积小、性能高,软、硬件扩充灵活的特点,其通用性、模块化和可扩展性能满足浮标、船用气象仪等海洋水文气象仪器设备研发的需求。     

潜标式海洋探测仪控制系统及模块设计

基于CORTEX M4内核的STM32嵌入式系统,设计并实现了用于长期监测海洋地理环境参数(温度、盐度、湿度等)的潜标式海洋探测仪,给出了主控系统及各个模块的设计方案及选型,通过合理的功能分配,可靠的硬件设计和有效的软件实现,使探测仪具备低功耗、高可靠的特点。海试实验表明,主控系统实现了对探测仪的浮力调节、能源供电及应急处置等状态控制,通过在SOFAR声道工作,完成了对深海海洋要素的实时监测。     

基于层次模型定量推理机制的潜水器故障诊断系统设计

基于智能信息处理故障诊断方法,描述和分析了用于潜水器一类的复杂动态系统。通过引入概率信息的方法对其推理机制进行量化,实现了诊断结果的精确度量以及诊断过程的精确控制;针对系统不同层次间的检测和诊断进程建立了信息交换和综合设计方法,提高了各模块的检诊能力和检诊效率,可以从总体上提高处理复杂故障情况的水平。     

一种轻小型S波段卫星中继通信机的设计与实现

针对远海无人值守浮标与岸基站间的实时、可靠和高速率通信需求,研制了一种轻小型S波段卫星中继通信机。通过采用高集成度的零中频接收单元和25 W高效率GaN功放发射单元,实现了对岸站遥控指令(2 kbps)的接收和浮标载荷数据(2 Mbps)的实时回传。通过提高收发隔离度和实时解算接收信噪比,确保了海上卫星通信的高可靠性。通过射频前端和信号处理单元等硬件的一体化设计,实现了整机的轻小型化(尺寸约为192 mm×134 mm×92 mm,质量小于2.0 kg)和低功耗(低于80 W)。四级海况下的海上试验表明,S波段中继通信机能够满足复杂海况条件下远海浮标的实时高速率双向通信需求,大回路数据通信误码率Pe10-5。     

Alternative approach for dynamic-positioning thrust allocation using linear pseudo-inverse model

Application of ship Dynamic-Positioning systems strongly depends on physical ability of actuators (Thrusters) in providing commanded loads. This will consequently introduce some constraints and limitations to Thrust Allocation problem in design and control of such systems. However, there is a special case in which a simple explicit solution could be found by fixing orientation of azimuth thruster relative to vessel regarded as linear model. In this paper, three new alternative approaches based on linear model are introduced. Case study is a time domain simulation of Station-Keeping (instant Point-Tracking) operation for a supply vessel called Northern Clipper in North Sea with Beaufort number 6. As is evident by results, these approaches improve maneuvering performance and power consumption efficiency compared to the conventional linear model. Results show improved robustness of yaw control in Point-Tracking operation and decreased overall consumption of power compared to linear model. Furthermore, it is apparent from the results that these approaches are particularly efficient in tunnel thrusters compared to linear counterpart.     

具有运动补偿高精度海洋气象多参数模拟仪的研制

针对船舶气象仪的综合检查过程中检测周期长、人工排查效率低以及传统的自动气象站传感器信号模拟器的模拟精度低,没有相关运动补偿算法导致此类系统不适应海洋船舶应用环境的问题,对气象要素传感器的高精度信号采样电路、信号输出、软件滤波和运动补偿等方面进行了研究。通过分析传感器和船舶气象仪的原理,设计了各个气象参数的采样电路、信号模拟电路、触摸屏、GPS和电子罗盘采样与模拟电路,并在近海测试过程中进行了运动补偿模型测试,并基于STM32微控制器进行了该仪器的系统检测实验。研究测试结果表明：该系统具有低功耗、高可靠性、高精度的特点,能应用于海上环境,同时具有对船舶实时定位、气象要素实时模拟和采集、运动补偿多项功能。并且本系统精度在运动补偿后,系统测量方差为0.019 3 m/s,精度提高至接近真实值,均符合《海洋调查规范第3部分：海洋气象观测》的标准。