海洋要素垂直剖面测量系统控制电路研究

“海浪驱动自持式海洋要素垂直剖面测量系统”（简称“海马”）利用海洋无时不在的波浪能，驱动滑行器单方向下潜运动，直达海底或程序设定的预定深度，在控制系统作用下，滑行器依靠自身的浮力匀速上浮， 并在此过程中，完成海洋要素的自动测量和存储。 “海马”的中央控制单元是滑行器运动状态的指令官。在控制电路的作用下，“海马”在水下完成单向抓紧、阻尼锁定和自由上浮三种状态。当系统处于单向抓紧状态时，滑行器只能向下运动。当波浪提升时，抓紧缆绳的棘爪松开，滑行器因惯性滞留原位；当波浪下降时，棘爪咬紧缆绳，滑行器步进下潜。锚定缆绳在波浪不停起伏的作用下连续做升沉运动，直达海底或控制单元预置的测量深度。在到达底部之后在控制系统的作用下，棘爪机构打开，滑行器与锚定缆绳失去啮合，完全处于自由状态，滑行器是一正浮力载体，所以，滑行器将在浮力作用下沿锚定钢缆上浮。在系统自由上浮的过程中，位于滑行器内的传感器开始测量所需海洋要素。阻尼锁定即为在引导缆的固定位置（例如，在近海面（5～8米）与近海底（15～20米））上分别敷设两只阻尼器，滑行器可固定于这两个特殊水层上，完成某些特殊海洋参数的测量。 中央控制单元硬件电路的设计基于AT89C2051单片机，结合了固态继电器、电磁继电器以及I2C总线芯片等元器件。整个硬件电路为配合系统的集成要求，设计成直径为109mm的圆形版图。在设计电路的同时考虑了从硬件方面避免电磁干扰的措施。 中央控制单元的软件编写采用汇编语言。汇编语言简单明了，程序总共分为3个主要模块，分别是主程序、运动状态控制模块和系统参数设置模块。模块化设计增强了程序的可读性。为了防止程序运行时跑飞，还可将“看门狗”电路芯片引入电路中。一旦程序跑飞，“Reset”信号被出发，程序被初始化。 文章同时介绍了对中央控制单元设置及使用的步骤及流程。后期的实验总共分为2次室内模拟实验和1次近海模拟实验。实验的数据图表说明，中央控制单元能够很好的控制“海马”滑行器在水下按照预先设定的状态运动，实验得到的数据表明，“海马”系统在下降过程中不采集任何数据，只有压力传感器不停的读取深度值与预先设定的值进行比较，系统只有在自由上浮过程中才会采集数据。在此过程中，电路的硬件和软件运行正常，达到实验初期设想的目的。