ctd

一、课题综述及研究意义

正如我们所知道的海水的电导率（盐度）、温度随深度的变化是我们获取有关海洋的水信息的最基本参数，而CTD测量技术就是被用来获取这些参数，研究海洋资源和应用海洋资源的最基本测量技术。CTD传感器的最主要的目的就是测量水的电导率（盐度）、温度随着深度的变化，其中海洋海水的电导率 （盐度）（Conductivity） 与海水的电阻有一定的关系，所以在测量和计算海洋海水电导率时就可以通过电导率传感器获取海水的电阻值来获取；温度（）是把测水温的热敏电阻制成的水温度传感器放入海水中测得的；深度 D（Depth）是通过放置在海水中的压力传感器测量海水的压力，然后再根据一定的数学关系进行换算而得到的。CTD传感器不仅能够快速获得电导率和海水温度随水深数据的变化，而且根据盐度数据，温度和深度数据得到海水的密度和声速剖面等数据，而在海洋科学研究中国防和海洋经济都需要这些数据资料。特别是在现如今高速发展的军工领域，能否尽快得到水的温、盐、深等相关数据，有可能就决定着一次关键的核潜艇反潜行动的结果乃至一次重大军事行动的成败。当然CTD传感器并不是那么遥不可及，在大规模渔业养殖中也能看到各式各样CTD传感器的身影。CTD传感器的众多优点使得如今很多国家的科学家争相加入到这一新兴的关键技术行业。

随着海洋世纪的到来，CTD测量技术会越来越受到世界各国的普遍重视，在国内国际具有很大的市场。可以相信，在目前广泛应用的基础上，将有更加宽阔的发展前景。在国内国际具有很大的市场。

近几年，CTD测量仪正在向小型化、低功耗发展。小型低耗的CTD测量仪适用于海洋监测，布放的CTD使用周期从1个月，3个月，1年甚至达到两年。另外，在参量采集速度，数据采集的实时性要求也越来越高。随着海洋世纪的到来，CTD测量技术越来越受到重视。

 

二、课题拟采取的研究方法和技术路线

选用低功耗的MSP430单片机作为系统控制核心。对于一些既可以使用硬件电路实现，又可以使用软件程序实现的功能，在设计中将权衡两者在实现中的速度、精度和复杂程度，做出合理的选择。

① 本设计主要分为三个部分：温度测量系统，盐度测量系统和深度测量系统，三个部分。

② 各单元的主要作用： 温度测量系统：温度测量的原理是用热敏电阻构成温度测量电路，经放大电路、A/D转换电路，最后传入MSP430单片机； 深度测量系统：用压力传感器构成深度测量电路，经放大电路、A/D转换电路，最后传入单片机； 盐度测量系统：首先MSP430单片机生成已知的正弦交流信号，随后将其放大，然后连接至线圈 上,能够产生感应电流，感应电流经过匝数为一、阻值为的海水通路，之后会在上会形成和水体的阻值有一定数量关系的感应电流，与其阻值有关就是和电导率有关。最后从驱动线圈上采集到电导率信号，利用电导率电路中C--V转换电路得到相应电压值。将上一部分的电压值经过放大电路放大，然后进行AC--DC转换。末了进行转换，将模拟量转化为数字量，接入单片机。

 

三、主要参考文献

[1]王晓燕,刘凤国,丁启胜. 基于MAX690A芯片的集中式智能电表抗干扰设[J]. 电子工程师,2002,07:46-47+52.

[2]丁启胜，包建华,张兴奎. 模块化单片机实验系统的研制[J]. 电气电子教学学报,2010,06:98-100.

[3]丁启胜,王晓燕,马洪宇,李振暄. 集中式智能电表的抗干扰设计[J]. 中国仪器仪表,2003,11:11-13.

[4]张兆英．CTD 测量技术的现状与发展[J]．海洋技术，2013，22(4)：105-110.

[5]张兆英等．高精度 CTD 剖面仪应用研究[J]．海洋技术，2012，21(2)：1-7.

[6]张兆英，王抗美．拖曳式 CTD 测量技术研究[J]．海洋技术，2014，23(4)：18-21.

[7]孙鹏．我国海洋执法体制的现状与改革取向研究[D]．硕士学位论文.中国海洋大学，2011.

[8]谷力伟.CTD测量电路系统的设计与研究[D]．硕士学位论文.华北电力大学，2010.

[9]周理明．我国海洋观测预报法律问题初探[D]．硕士学位论文.中国海洋大学，2009.

[10]孟凡文．NTC 热敏电阻的非线性误差及其补偿[J]．传感器世界，2003，5：19-21.

[11]Moonho Lee，Mina Yoo．Detectivity of thin-film NTC thermal sensors[J]．Sensors and Actuators，2002，3：96-97.

[12]孙以材，刘玉岭，孟庆浩．压力传感器的设计、制造与应用[M]．北京：冶金工业出版社，2010.

[13]沈建华，杨艳琴，翟骁曙．MSP430 系列 16 位超低功耗单片机原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2004.

[14]Analog Devices．Loa-Delta ADC AD7791[J]．Analog Devices，2003, 3: 62–67.

[15]周勇．深海Smart Sensor测控系统开发研究[D]．硕士学位论文．浙江大学,2006.

[16]施隆照，杨小玲，伍水顺．NTC 热敏电阻串、并联温度补偿电路设计[J]．福州大学学报(自然科学版)，2003，31(4)：4-17.

[17]王杰华. 海水温盐深监测仪的设计[D].硕士学位论文.哈尔滨理工大学,2009.

[18]蒋提. PACS存储系统设计与实现[D].硕士学位论文.山东大学,2012.

[19]朱金强. 类弹性阻抗反演在海水特性研究中的应用[D].硕士学位论文.中国海洋大学,2014.

[20]国外有关温盐深测量精度问题的一些情况[J].海洋技术，2004,21(1)：56-58.

 

二、毕业设计（论文）工作实施计划

（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果

理论分析：

通过外部材料的耐压、水密、防腐作用，CTD传感器可以完成性能测

试如：温度稳定性试验，深度稳定性试验，盐度稳定性试验，高分辨率精度试验，干扰屏蔽性能测试等。

软硬件要求：

1、 软件

软件利用C8051F00 系列单片机主控系统是以 cygnal 公司的 C8051F00 系列单片机为主控 MCU。美国cygnal 公司专门从事混合信号系统芯片(SoC)单片机的设计与制造。公司更新了原 51 单片机结构，设计了具有自主产权的 CIP-51 内核，运行速度高达每秒25MIPS。C8051F000 系列器件是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，每个MCU 都能有效地管理模拟和数字外设。FLASH 存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新 8051 固件。每个 MCU 都

可以关闭任何一个或全部外设以节省功耗。

 

2、硬件框图

本监测系统是基于一台工控机作为现场上位机，由多台单片机控制器作为

现场下位机进行参数检测。上位机通过现场总线对下位机进行监控，从而达到对海水水域的监测。下位机由传感器部分，通信部分，存储器，计时系统，电池组以及耐压容器、耐压水密专用电缆等组成。测量时，由传感器感应海水的水文参数变化，通过转换电路，将物理量变成电信号输出，由单片机接收、处理并记录在 FLASH 存储器。测量结束自动关闭电源。由上位机用户程序实时监测测量数据或回放测量数据。进一步处理温度、电导率、压力等参数，可计算出深度、盐度以及密度和声速等。监测测仪系统框图如图 2-1 所示：