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機(jī)器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析論文
摘要::AUV內(nèi)部有著眾多的傳感器,這就需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),來進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸,從而保證AUV整個(gè)電控系統(tǒng)的正常運(yùn)行,完成工作命令。AUV數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于DSP處理器,通過I2C通信協(xié)議與溫濕度傳感器和氣壓傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,并負(fù)責(zé)檢測(cè)電壓電流和艙體的泄露情況,最終通過CAN通信與工控機(jī)進(jìn)行通信。
關(guān)鍵詞:AUV;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);DSP;傳感器;CAN通信
眾所周知,海洋蘊(yùn)藏十分豐富的資源,需要我們?nèi)ヌ綔y(cè)和開發(fā),而自水下機(jī)器人在探測(cè)資源與資源開采中扮演者十分重要的角色。自主式水下機(jī)器人(AutonomousUnderwaterVehicles,簡(jiǎn)稱AUV)是水下機(jī)器人的一個(gè)重要研究領(lǐng)域,在海洋資源探測(cè)和軍事領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。AUV在水下工作,其內(nèi)部傳感器采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要保證其實(shí)時(shí)性和可靠性,建立一套完善的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為確保AUV在水下正常作業(yè)的一個(gè)重要任務(wù)。
一、總體設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)了一套可靠的AUV數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),在充分考慮了底層和程序算法等因素的影響,采取了成熟可靠的DSP控制方案,其運(yùn)算能力強(qiáng),兼容性好,穩(wěn)定性高,有效的保證了數(shù)據(jù)的可靠。為保障數(shù)據(jù)的可靠性,降低數(shù)據(jù)誤差,與傳感器的通信采取I2C通信協(xié)議;為保障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,與上位機(jī)的通信采取CAN通信方式,最終數(shù)據(jù)將會(huì)在岸基電腦界面上顯示出來。
二、硬件設(shè)計(jì)
。ㄒ唬貪穸群蜌鈮簲(shù)據(jù)的采集
本設(shè)計(jì)采用SHT75型溫濕度傳感器和MS5611-01BA03氣壓傳感器。SHT75單芯片傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。氣壓傳感器是有IC總線接口的高分辨率氣壓傳感器,它包括了一個(gè)高線性度的壓力傳感器和一個(gè)超低功耗的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。DSP控制器通過I2C通信與傳感器連接。
。ǘ╇妷弘娏鞑杉
本設(shè)計(jì)通過LV25-P傳感器和HXN50-P傳感器分別采集電池的電壓和電流數(shù)據(jù)。在LV25-P傳感器中,待檢測(cè)電壓兩端分別連接+HT和-HT,再給LV25-P傳感器上電,上電電壓Vc為15V,從M端口就可采集到待測(cè)電壓值。而在LV25-P傳感器中,待測(cè)電流從待測(cè)電流流入端。從流入待測(cè)電流流出端流出,供電端給定供電電壓,最終從Output中采集到待測(cè)電流值。
。ㄈ┡擉w泄露數(shù)據(jù)采集
AUV艙內(nèi)的密封性是保證艙內(nèi)電控系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ),而艙體泄露數(shù)據(jù)是判斷AUV密封性最重要的依據(jù)。本設(shè)計(jì)將以一柔性印刷電路板固定艙體內(nèi)部,通過電壓比較器得到艙內(nèi)是否進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù),DSP控制器進(jìn)而采集到泄露數(shù)據(jù)。
。ㄋ模〤AN通信設(shè)計(jì)
CAN通信在DSP與AUV工控機(jī)的通信中占據(jù)了至關(guān)重要的作用,DSP將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理,通過CAN通信傳輸?shù)缴蠈庸た貦C(jī)上,最終在岸基界面上顯示出各個(gè)數(shù)據(jù)值。CAN通信具有可靠性高和實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn),并且通信距離長(zhǎng),最長(zhǎng)可達(dá)10千米,速率最高可達(dá)1Mbps。本設(shè)計(jì)選用TI公司的CAN收發(fā)器,在高低引腳間加一120歐姆的匹配電阻,防止通信干擾。
三、軟件設(shè)計(jì)
如圖1軟件設(shè)計(jì)流程圖所示,當(dāng)程序運(yùn)行時(shí),DSP會(huì)通過I2C通訊協(xié)議向傳感器發(fā)送啟動(dòng)時(shí)序命令,傳感器接收到命令后開始工作,并將數(shù)據(jù)上傳到DSP中;在DSP中對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并判斷AUV電控系統(tǒng)是否正常工作,之后在檢測(cè)到上位機(jī)發(fā)送的查詢命令后,將數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到上位機(jī)中。
四、結(jié)論
本文介紹了一種可靠性高的自主式水下機(jī)器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì),通過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸方面具有高可靠性和高實(shí)時(shí)性,以及抗干擾能力良好的優(yōu)點(diǎn),采集到數(shù)據(jù)誤差小,滿足AUV在水下正常工作的指標(biāo)。在AUV的后續(xù)研發(fā)中,可以在本設(shè)計(jì)上繼續(xù)加入新的數(shù)據(jù)采集點(diǎn),具有良好的拓展性,而在DSP中移植嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS進(jìn)一步提高它的實(shí)時(shí)性將是我們研究的重點(diǎn)。
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