南极冰下湖可回收式探测器测控系统研制

作     者：宁德建 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于海滨

授予年度：2019年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0705[理学-地理学] 070501[理学-自然地理学] 0835[工学-软件工程] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：冰下湖 RECAS(可回收自主探测器) STM32F103 MODBUS 

摘      要：南极大陆的冰层底下存在着冰下湖,冰下湖与外界隔绝,其独特的水环境可能提供了微生物进化以及地球古气候的信息。为探索这些科学问题,需要直接获取冰下湖湖水样品。通过冰下湖探测器可实现对湖水的采样与观测。本文结合课题来源背景,分析了国内外研究现状,设计了一种南极冰下湖可回收式探测器测控系统。主要由冰下分布式随钻测控系统、高压电力传输系统、冰面测控系统上位机软件三个部分组成。冰下随钻测控分布式测控系统是基于STM32F103单片机,使用RS485总线的嵌入式系统,主要完成钻具中传感器数据采集、对钻具内置绞车控制、以及基于电力线载波技术与上位机软件通信。高压电力传输系统负载高压大功率电力传输。冰面测控系统上位机主要用于实时接收、显示系统关键参数,也可向随钻测控系统发送控制指令。论文的主要内容由5个部分组成:系统整体方案设计、系统硬件设计与实现、嵌入式系统软件设计、上位机软件设计与实现、系统调试。本文首先确定了系统总体设计方案,并将总体方案划分为多个子方案进行设计,然后详细介绍了系统的软硬件设计。其中电路设计包括主控制电路、以及各种传感器系统组成的从机电路。系统软件设计分为冰下嵌入式软件设计和冰面上位机软件设计。调试阶段主要搭建了系统测试平台,完成了加热控制系统测试、随钻测控系统测试、载波通信系统测试、传感器系统测试,以及全系统的高低温测试。本文研制出一套用于南极冰下湖的可回收式无污染探测器测控系统,该系统已经在实验室内完成了环境模拟实验,测试结果表明系统可以在零下40摄氏度低温情况下稳定可靠运行,满足极地恶劣工作环境要求。