基于小型太陽能充電的海況監(jiān)測浮標設計-論文.pdf

《基于小型太陽能充電的海況監(jiān)測浮標設計-論文.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在應用文檔-天天文庫。

1、第31卷第2期新鄉(xiāng)學院學報2014年2月Vo1．31No．2JournalofXinxiangUniversityFeb．2O14基于小型太陽能充電的海況監(jiān)測浮標設計陳立柱，陳立強。(1．石家莊禾柏生物技術股份有限公司研發(fā)中心，河北石家莊0500002．浙江紡織服裝職業(yè)技術學院明州學院，浙江寧波31521i)摘要：針對目前國內外已經研制出的用于海洋遙感的直徑大于10rn的大型圓盤浮標存在造價和使用成本高、體積巨大等缺點，基于小型的太陽能充電技術研帝】了一種海況監(jiān)測浮標，主要應用于學校、企業(yè)、科研單位等的小型近海實驗。對該海況監(jiān)測浮標進行了室內測試和近海試驗，結果表明：

2、研制的浮標系統(tǒng)可靠性高，能對海洋的溫度、濕度、風速等多種環(huán)境參數進行監(jiān)測。關鍵詞：海況監(jiān)測；浮標；太陽能；實況參數中圖分類號：P715；TK513文獻標志碼：A文章編號：2095—7726(2O14)02—0047-030引言集任務分解成多個采集系統(tǒng)模塊，并通過CAN總20世紀以來，伴隨著海洋開發(fā)的不斷深入，越線來連接各個模塊的數據，最終通過433MHz無線來越多的實驗需要在真實海洋環(huán)境下進行l(wèi)1]，實信號與岸機通信模塊進行數據收發(fā)，岸機通信模塊驗時的海況成為影響和制約實驗可行性和結果正確將數據通過RS一232接口發(fā)送給PC機進行數據的性的關鍵因素，而且對實驗結果的分

3、析有著至關重顯示與存儲。整個系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。要的意義。因此，本設計開發(fā)一種小型的太陽能充電的海況監(jiān)測浮標]，主要應用于學校、企業(yè)、科研單位等的小型近海實驗的海況監(jiān)測，該設計涵蓋模擬電路、數字電路、信號處理、無線射頻、光電技術、電源、太陽能、海洋技術、新型能源、傳感器等方面‘一。本系統(tǒng)具有以下特色：(1)能進行多種海洋要素采集，為近海實驗提供有用數據；(2)造價低廉，適合資金不太充足的小項目或小型實驗采用；(3)體積小，方便運輸、投放和回收；(4)工作時間長，可在無人值守、維護下長期可靠工作；(5)具有衛(wèi)星定位能力，增大數據價值，方便投放回收；(6)具有遠距離

4、數據傳輸能力，工作范圍可達1km。大多數經費不太充足的近海海洋實驗，無力購買高額的專業(yè)海況監(jiān)測設備，基本上依靠近海天氣圖l海況監(jiān)測浮標原理框圖預報和人體估測的方法獲得海況參數]，所獲數據2關鍵硬件模塊設計原理既不準確又不系統(tǒng)，對實驗的進行以及實驗結果的分析極為不利。因此，市場上急需此類造價低、功能2．1風速風向測量方法完善的海況監(jiān)測裝置，該監(jiān)測浮標市場前景非常好。由于風速傳感器[6輸出信號的頻率在1kHzl系統(tǒng)設計方案以下，可以采用單片機的輸入捕捉來測量風速信號本系統(tǒng)采用分布式的數據采集結構，將多個采的頻率。每當風速傳感器輸出的頻率信號上升沿到收稿日期：201401-

5、20作者簡介：陳立柱(1983一)，男，河北衡水人。工程師，研究方向：信號與信息處理?！?8·新鄉(xiāng)學院學報來時單片機的輸入捕捉就會產生中斷，此時記下定時器中的數值，通過兩次中斷記下的兩個數值和定時器周期，可以獲得風速信號的頻率值。再計算風速，即一(0．3+0．0877×，)。其中為風速(m／s)．，’為信號頻率，0．3和0．0877為系數(不同型號的風速傳感器的系數不一樣)。為了進行風向的測量，傳感器的變換器需要采用精密導電塑料電位器。，從而在電位器的活動端圖3參數采集板買物圖產生變化的電阻信號輸出，并通過A＼D轉換把模擬2．3太陽能及電池管理方法輸入信號轉換為12位

6、數字信號。最后計算風向，即太陽能及電池管理系統(tǒng)的功能就是在電池充滿D一360×R／R。其中D表示相對風向值(。)，R。電的時候切斷充電電路，在電池電力不足的時候打為電位器電阻(Q)，R．．表示輸出電阻(Q)。開充電電路，使電池不會出現過充電或過放電的狀由于測得風向值是風向相對于浮標朝向的角態(tài)，使得整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高。其原理框圖如圖度，并不是實際的風向，還需要將該值與羅盤測得的4所示浮標朝向角對比來修正，得到風向與地理北極的夾角，這個值才是真正意義上的風向。因此需要把數字羅盤的正方向、浮標平臺的正方向、風向傳感器的定北點規(guī)定在一條直線上，以便用航向角來修正風向，得到實

7、際的風向數值，即偏離地理北極的角度。2．2海流海浪測量方法海流流速及方向的測量是根據GPS采集的時間、經緯度，通過計算單位時間內浮標移動的距離和方向來得到海流的流速及方向的】。利用經緯度圖4電源系統(tǒng)原理框圖求出兩點之間的距離，假設地球是一個標準球體，半太陽能及電池管理系統(tǒng)設計的充電控制器采用了斬波式PWM原理j“。，分兩個階段。第一階段為徑為R，并且假設東經為正，西經為負，北緯為正，南緯為負，那么在球面I任意兩點A、B的球面距離快充階段，第二階段為PWM階段(慢充階段)。采用斬波式PWM充電原理，檢測蓄電池的充電端電為：Dis—R×{arccos[C