航道疏浚实时测量系统的研究

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1、中文摘要随着进出港口船舶的大型化，航道疏浚行业的发展越来越快。在航道疏浚过程中进行实时测量是非常必要的，它可以实时监控疏浚深度以确保疏浚航道平整，还能保护疏浚设备免受损坏。本课题针对需要，并以方便操作人员为目的，利用MCS一51系列单片机作为CPU，设计出了一套比较实用的、操作简单的航道疏浚实时测量系统。本文根据船舶自身的参数，建立了适合于本系统的测量数学模型：提出了合适的消除随机噪声的Kalman滤波器模型，并给出了实际的参数；细致分析了系统功能和控制目标，在此基础上，划分了航道疏浚实时测量系统硬件和软件系统的功能模块。根据划分的硬件功能模块，选择了适当的芯片，对芯片的特点进行了详细地分析

2、，设计了硬件电路原理图和PCB图，具有如下特点：1．采用两级译码技术，有效地利用了地址空间：2．设计了低噪声的信号预处理电路，提高了A／D转换精度：3．设计了掉电保持信息的电子磁盘。在软件功能模块的基础上，规划了系统软件的总体结构，及系统的工作模式；利用汇编语言设计了控制所有功能的软件程序；采用了循环扫描机制和中断管理相结合的方法，实现了实时多任务的管理；并使用了前后台技术，前台用于界面管理，后台用于实时测量，方便了用户；设计了电子磁盘的控制程序；采用Visumc++6．0开发了Pc机接收数据和显示数据的程序。对航道疏浚实时测量、航道疏浚实时测量系统与电子磁盘并行通信、电子磁盘与Pc机串行通

3、信进行了实验，并在此基础上，利用Pc机和D／A控制卡产生一个随机信号作为噪声，加在传感器采集的信号上，进行了噪声干扰实验，验证了本系统的可靠性。关键词：航道疏浚实时测量单片机卡尔曼滤波器ABSTRACTWiththeexpendingsizeofbeatsandshipscominginandoutofharbours，channeldredgingindustryisgrowingrapidly．Toguaranteethatchannelscouldstillkeep／eve／afterbeingdredged，itisverynecessarytoadoptreal-timechann

4、eldredgingmeasuringsystemwhichnotonlyshowstheflatnessofthechannelbutalsopreventsdredgingequipmentfrombeingdamaged，Inanswertothisdemand，withtheaimoffacilitatingoperation，arelativelypracticalandeasilyoperativereal—timechanneldredgingmeasuringsystemisdesignedinthispaperbymakinguseofMCS-51seriesofmonol

5、ithicprocessorsasCPU．MeasuringmathematicalmodelwhichfittothesystemissetupaccordingtotheefficiencyoftheshipandproperKalmanfiltermodeltogetherwiththeactualparameterisdeduced，eliminatingrandomnoise，inadditiontothat，systemfunctionsandcontrolobjectsareelaboratedandhardwareandsoftwarefunctionmodelsofchan

6、neldredgingreal—timemeasuringsystemaredivided．Hardwarefunctionsareanalyzedaccordingtodividedhardwarefunctionmodel，properchipsarechosenmadcharacteristicsofthechipsareexplained，besidesthat，hardwareschematiccircuitdiagramandPCBdiagramaredesigned．Hardwarefunctionmodelhasthefollowingthreefeatures：1．Two—

7、stagedecodetechniqueisadoptedmakingfulluseofaddressspace．2．Low—noisesignalpreprocessescircuitisdesignedinordertoimproveA／Dconversionaccuracy．3．Electronicdiskwhichcallkeepinformationatthetimeofpower-failisde