基于浮标平台的海洋渔业环境监测系统设计及运动控制研究
这是一篇关于移动式浮标,渔业境监测,嵌入式系统,多参数,低功耗的论文, 主要内容为我国海岸线总长3.2万多千米,海洋资源丰富,如何发展好海洋养殖业、海洋捕捞业等海洋农业,关系到国计民生;同时,在多变的世界格局及海洋渔业资源日趋短缺的情况之下,如何更高效地保护海洋渔业资源也是必须要长期考虑的问题,在这个过程中,海洋监测系统扮演了重要的一环。本文围绕这些需求,设计了一种基于浮标平台的海洋环境监测系统,通过搭载多种传感器,既可对水面环境进行监测,实现浮标的运动控制,又能通过声和磁两种手段对水下环境进行监测。具体围绕以下几个方面展开研究:一、根据浮标系统的功能需求,对各个子系统进行了划分和设计,包括主控感知系统、无线通信系统、水下监测系统、电源管理系统和推进系统,对各部分的传感器模块或组件进行了选型,随后搭建成各系统硬件电路。二、在确定系统硬件规格和安装方式后,对浮标平台的机械结构进行了设计,在此过程中,需要同时考虑到浮标结构小型化和对光伏板铺设面积的要求,在两种技术条件之间取得平衡。经综合考虑,最终将浮标直径定为1.15m,采用圆柱体设计,在水中可以保持良好的工作姿态,在实现简洁设计的同时也能满足电路模块的分块布放。各子系统统一采用了可靠的防水结构,保证了系统的安全。三、围绕浮标体内部以及浮标与岸站之间的信息交互需求设计了一套通信协议,保证了系统在大数据量传输的条件下依然可以有序运转。同时根据小型海洋浮标设计规范,对各部分数据采集频率和数据转发频率进行了设定。对于高功耗组件,按照其工作情况通过继电器对其进行开关控制,控制流程由软件实现。四、对于浮标平台的可移动性开发进行从理论到实践的探索,先类比于船舶的运动过程,将浮标按照MMG建模原理进行分块力学分析,分析其所受的流体力和惯性矩,再结合浮标参数验证,得到了移动式浮标航行控制的系统函数。设计了模糊PID控制器,在Matlab/Simulink平台上,与传统的PID控制效果进行了对比,本设计取得了较为理想的效果。五、给出了系统三大功能的测试结果,包括水面感知、水下监测和功耗状况,结果表明:整套系统的监测流程能够完全实现,系统数据通信链路畅通,可以正常交互和运转。系统的低功耗策略取得初步成功,证明系统在连续20天极端天气下能够维持正常续航,且经过具体能耗计算,理想天气条件下能够实现自供能运转。经海上联合试验,水下监测模块取得了预期结果,证明本系统可监测到15km外声源级为160d B的水下噪声。综上所述,本系统经试验验证,取得了良好的结果,具有一定的应用和推广价值。
基于浮标平台的海洋渔业环境监测系统设计及运动控制研究
这是一篇关于移动式浮标,渔业境监测,嵌入式系统,多参数,低功耗的论文, 主要内容为我国海岸线总长3.2万多千米,海洋资源丰富,如何发展好海洋养殖业、海洋捕捞业等海洋农业,关系到国计民生;同时,在多变的世界格局及海洋渔业资源日趋短缺的情况之下,如何更高效地保护海洋渔业资源也是必须要长期考虑的问题,在这个过程中,海洋监测系统扮演了重要的一环。本文围绕这些需求,设计了一种基于浮标平台的海洋环境监测系统,通过搭载多种传感器,既可对水面环境进行监测,实现浮标的运动控制,又能通过声和磁两种手段对水下环境进行监测。具体围绕以下几个方面展开研究:一、根据浮标系统的功能需求,对各个子系统进行了划分和设计,包括主控感知系统、无线通信系统、水下监测系统、电源管理系统和推进系统,对各部分的传感器模块或组件进行了选型,随后搭建成各系统硬件电路。二、在确定系统硬件规格和安装方式后,对浮标平台的机械结构进行了设计,在此过程中,需要同时考虑到浮标结构小型化和对光伏板铺设面积的要求,在两种技术条件之间取得平衡。经综合考虑,最终将浮标直径定为1.15m,采用圆柱体设计,在水中可以保持良好的工作姿态,在实现简洁设计的同时也能满足电路模块的分块布放。各子系统统一采用了可靠的防水结构,保证了系统的安全。三、围绕浮标体内部以及浮标与岸站之间的信息交互需求设计了一套通信协议,保证了系统在大数据量传输的条件下依然可以有序运转。同时根据小型海洋浮标设计规范,对各部分数据采集频率和数据转发频率进行了设定。对于高功耗组件,按照其工作情况通过继电器对其进行开关控制,控制流程由软件实现。四、对于浮标平台的可移动性开发进行从理论到实践的探索,先类比于船舶的运动过程,将浮标按照MMG建模原理进行分块力学分析,分析其所受的流体力和惯性矩,再结合浮标参数验证,得到了移动式浮标航行控制的系统函数。设计了模糊PID控制器,在Matlab/Simulink平台上,与传统的PID控制效果进行了对比,本设计取得了较为理想的效果。五、给出了系统三大功能的测试结果,包括水面感知、水下监测和功耗状况,结果表明:整套系统的监测流程能够完全实现,系统数据通信链路畅通,可以正常交互和运转。系统的低功耗策略取得初步成功,证明系统在连续20天极端天气下能够维持正常续航,且经过具体能耗计算,理想天气条件下能够实现自供能运转。经海上联合试验,水下监测模块取得了预期结果,证明本系统可监测到15km外声源级为160d B的水下噪声。综上所述,本系统经试验验证,取得了良好的结果,具有一定的应用和推广价值。
多参数在线油液监控系统的设计与开发
这是一篇关于在线式,油液监控,数据融合,多参数,集成化的论文, 主要内容为在线油液监测技术是借助油液在线监测传感器实时、连续地监测油液中的理化数据或磨粒等指标来反应油品品质的信息,间接获取机械设备的运行状态,实现提前预警异常状态并诊断设备故障部位,为机械提供安全且可靠运行保障的技术。但是,由于受到油液监控认识局限性的影响,往往采用单一参数作为分析装备工作状况的依据。事实上,单一的信息参数,不可能充分、全面、可靠地对换油指标提出指导性建议。因此,本论文提出多参数在线式油液监控系统,运用数据融合技术实现实时监控机械设备中油液的特征信息,以获取设备的运行状态。通过对在线油液监测技术在监控内容、监控功能和监控方法等方面的综合分析,确定采用油液的污染度、运动粘度、介电常数和水分这四个指标作为多参数在线油液监控系统的监测内容。通过对数据融合技术的级别、结构和融合过程的研究和其各个结构融合的优缺点,确定了对各个在线监测传感器的采集数据进行特征层融合和分布式的数据融合结构来建立设备运行状态评估模型。在多参数油液监控系统构建前,首先对系统的需求进行总体分析,确定在线油液监控系统的用户角色、业务用例、功能和非功能需求。接着,对多参数的油液监控系统在硬件设施和软件平台两方面分别进行详细设计,硬件设施结合取样模块、多参数数据采集处理模块和传输模块,将多个传感器的采集数据传输到软件平台,软件平台进行数据接收、显示,并基于数据融合技术的算法建立运行状态评估模型,完成设备健康状态信息的监控,最终提供给用户多参数、全方面的指导性维修建议。同时,软件平台具备数据查询、参数管理和权限管理等功能,使系统能够满足用户交互需求。本文通过建立多参数油液监控系统,能够在很短时间将表现设备状态的油液监测指标在同一时间传输到软件平台,并将监测数据转换为设备运行状态信息。不仅解决了监测信息单一的问题,还大大降低了油液检测时间和检测成本。同时,使油液监测技术向在线化、集成化、智能化迈向了一个新的台阶。
复合连续油管采油井下动态监测技术
这是一篇关于复合连续油管,潜油电泵,多参数,动态监测的论文, 主要内容为石油作为一种不可再生能源,随着其被开发储存量在不断减少,为了能够提高石油开采效率避免资源浪费,完善采油设备及开采技术显得尤为重要。传统采油作业,井下开采设备时常出现故障却难以被发现,从而造成设备损坏等问题,严重影响开采效率。为此研究井下动态监测技术,是实现智能化采油的关键。文章主要围绕复合连续油管采油时,对井下潜油电泵工作状况的监测展开研究。整个监测系统实现了对井下泵的入口温度、电机绕组温度、出入口压力、X、Y和Z三个轴的振动以及基准电流的监测。系统供电设计是基于星点等势原理,并采用模拟电流环进行信号传输。整个监测系统的设计包括了地面系统和井下系统两部分。首先,对井下系统进行了设计。包括了传感器选型,以及设计井下稳压电路、井下滤波电路、传感器采集电路以及多参数时序切换电路等。采集到的多参数信息会被转换为电流信号,并依次传输至地面系统。其次,对地面系统进行了设计。包括了地面系统的电源模块、滤波电路、数据采集电路以及以单片机和STM32芯片为核心的外围电路,实现了TFT-LCD液晶显示、数据存储、异常报警和上位机通信等功能。为了便于监测,设计了多参数远程监测软件,将上位机显示的数据作为服务器端,通过网络TCP/IP传输协议实现了远程客户端的监测。最后,进行系统实验与调试。通过仿真实验,证实了井下供电和稳压电路的可行性,同时验证了地面和井下滤波器电路能够有效地抑制共模电压。通过多参数传感器实验,对井下各个传感器的线性度进行修正,拟合得到的线性方程为地面还原多参数信息提供了理论依据。通过地面和井下系统联调实验,验证了整个系统的可靠性。通过上位机软件实验和远程监测模拟,软件能够正常运行且能达到远程监测的目的。
多参数在线油液监控系统的设计与开发
这是一篇关于在线式,油液监控,数据融合,多参数,集成化的论文, 主要内容为在线油液监测技术是借助油液在线监测传感器实时、连续地监测油液中的理化数据或磨粒等指标来反应油品品质的信息,间接获取机械设备的运行状态,实现提前预警异常状态并诊断设备故障部位,为机械提供安全且可靠运行保障的技术。但是,由于受到油液监控认识局限性的影响,往往采用单一参数作为分析装备工作状况的依据。事实上,单一的信息参数,不可能充分、全面、可靠地对换油指标提出指导性建议。因此,本论文提出多参数在线式油液监控系统,运用数据融合技术实现实时监控机械设备中油液的特征信息,以获取设备的运行状态。通过对在线油液监测技术在监控内容、监控功能和监控方法等方面的综合分析,确定采用油液的污染度、运动粘度、介电常数和水分这四个指标作为多参数在线油液监控系统的监测内容。通过对数据融合技术的级别、结构和融合过程的研究和其各个结构融合的优缺点,确定了对各个在线监测传感器的采集数据进行特征层融合和分布式的数据融合结构来建立设备运行状态评估模型。在多参数油液监控系统构建前,首先对系统的需求进行总体分析,确定在线油液监控系统的用户角色、业务用例、功能和非功能需求。接着,对多参数的油液监控系统在硬件设施和软件平台两方面分别进行详细设计,硬件设施结合取样模块、多参数数据采集处理模块和传输模块,将多个传感器的采集数据传输到软件平台,软件平台进行数据接收、显示,并基于数据融合技术的算法建立运行状态评估模型,完成设备健康状态信息的监控,最终提供给用户多参数、全方面的指导性维修建议。同时,软件平台具备数据查询、参数管理和权限管理等功能,使系统能够满足用户交互需求。本文通过建立多参数油液监控系统,能够在很短时间将表现设备状态的油液监测指标在同一时间传输到软件平台,并将监测数据转换为设备运行状态信息。不仅解决了监测信息单一的问题,还大大降低了油液检测时间和检测成本。同时,使油液监测技术向在线化、集成化、智能化迈向了一个新的台阶。
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