自容式水下摄(录)像机的研制

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水下摄像机是海洋开发的重要工具,利用水下摄像机可以获得水下图像、视频信息,为人们收集第一手资料。水下摄像机的应用十分广泛,包括水下观光、海上救助、海底施工、科学研究等等。在数字视频压缩技术、图像获取和记录技术、高分辨率的图像传感器快速发展的推动下,水下摄像机的设计和制造也有了很大的进步。本文的研究目的是研制一款自容式水下摄录像机,实现水下图像即拍即存、批量读取。外界物体经过光学系统后成像在CMOS图像传感器的靶面上,CMOS图像传感器完成光电转换,将光信号转换为电信号,在时序脉冲的驱动下,输出一定规则的电信号。这些电信号进入SPCA1527A信号处理组件,完成了编码操作,获取图像和视频信息;该信息既可以存储在SD卡上,也可通过USB总线接口在上位机上显示。微控单元由MSP430F149作为主芯片,通过光耦合器与SPCA1527A组件连接。用LabVIEW设计了上位机控制软件,可设置工作任务表;该表通过串口发送给单片机存储在AT24C02中,当DS1302时钟芯片的时间与工作任务表中的时间匹配时,摄像机就按照预先编好的工作任务表内容,进行拍照、摄像等工作。本论文主要完成了以下工作:1.分析了水下摄像机的基本框架,制定了整个系统的设计方案。包括单片机选型,图像传感器选型,信号处理系统组件介绍,工作控制的流程设计;上位机软件的功能要求。2.设计了整个系统的硬件电路,包括单片机的外围电路,时钟电路、存储电路以及信号转换电路。3.编写了相应的控制程序,包括设置单片机控制DS1302芯片的工作程序,单片机内部实现存储以及读取,时间匹配等功能的程序以及上位机程序。上位机采用LabVIEW软件设计,包括登录界面程序设计、串口通讯程序设计、工作表任务设计以及视频、图像读取程序设计。4.设计自容式水下摄像机的封装外壳,窗体以及密封设备,并对外壳进行SolidWorks Simulation仿真分析,满足3000米水深工作的压力要求。整个系统经过测试得到以下结果:上位机与下位机通讯正常;上位机软件设置工作任务后,自容式水下摄像机成功接受工作任务,并按照工作任务表的要求,完成了对图像、视频的采集;摄像机获取的图像和视频信息能在上位机读取和存储。测试结果表明:本论文设计的自容式水下摄像机可以实现水下图像即拍即存、批量读取。
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
1 绪论第11-18页
    1.1 引言第11-12页
    1.2 水下摄像机的国内外发展现状第12-14页
    1.3 水下摄像机的应用第14页
    1.4 研究自容式水下摄(录)像机的意义和必要性第14-16页
    1.5 本论文的主要工作第16-18页
2 水下摄像机的基本理论第18-25页
    2.1 光学系统第18-20页
    2.2 图像传感器的基本原理第20-23页
    2.3 信号处理系统第23-24页
    本章总结第24-25页
3 自容式水下摄(录)像机的设计方案第25-33页
    3.1 自容式水下摄(录)像机整体方案介绍第25页
    3.2 SPCA1527A 组件介绍第25-29页
    3.3 单片机型号的选取第29-31页
    3.4 图像传感器的选取第31-32页
    本章总结第32-33页
4 自容式水下摄(录)像机的硬件设计第33-42页
    4.1 自容式水下摄(录)像机硬件设计基本框架第33页
    4.2 低功耗单片机 MSP430 的外围电路设计第33-39页
        4.2.1 时钟控制芯片电路设计第33-36页
        4.2.2 外围串口 RS232 的设计第36-37页
        4.2.3 信号切换与信号检测电路设计第37页
        4.2.4 AT24C02 的电路设计第37-39页
    4.3 MSP430F149 时钟配置第39-40页
    4.4 系统电源第40-41页
    本章总结第41-42页
5 自容式水下摄(录)像机的软件设计第42-52页
    5.1 单片机 MSP430F149 的 C 语言程序设计第42-45页
        5.1.1 单片机的程序设计第42-44页
        5.1.2 DS1302 程序设计第44-45页
    5.2 上位机软件设计第45-51页
        5.2.1 前面板程序设计第45-47页
            5.2.1.1 VISA 串口配置第46页
            5.2.1.2 工作表程序设计第46-47页
        5.2.2 图片读取程序设计第47-48页
        5.2.3 视频读取程序设计第48-50页
        5.2.4 登陆面板设计第50-51页
    本章总结第51-52页
6 自容式水下摄(录)像机的机械设计第52-61页
    6.1 压强计算第53页
    6.2 O 形圈密封设计第53-55页
        6.2.1 矩形沟槽设计第54-55页
        6.2.2 三角形沟槽设计第55页
    6.3 有机玻璃窗口设计第55-58页
    6.4 外壳压力分析第58-60页
    本章总结第60-61页
7 系统测试第61-65页
    7.1 硬件测试第61-62页
    7.2 软件测试第62-64页
    7.3 机械加工成品第64-65页
总结与展望第65-67页
参考文献第67-71页
致谢第71-73页
个人简历第73-74页
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