機(jī)器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計分析論文

機(jī)器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計分析論文

　　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整個電控系統(tǒng)的正常運行，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，海洋蘊藏十分豐富的資源，需要我們?nèi)ヌ綔y和開發(fā)，而自水下機(jī)器人在探測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，簡稱AUV）是水下機(jī)器人的一個重要研究領(lǐng)域，在海洋資源探測和軍事領(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)要保證其實時性和可靠性，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)的一個重要任務(wù)。

　　一、總體設(shè)計

　　本文設(shè)計了一套可靠的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)的實時性，與上位機(jī)的通信采取CAN通信方式，最終數(shù)據(jù)將會在岸基電腦界面上顯示出來。

　　二、硬件設(shè)計

　　（一）溫濕度和氣壓數(shù)據(jù)的采集

　　本設(shè)計采用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，它包括了一個高線性度的壓力傳感器和一個超低功耗的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。DSP控制器通過I2C通信與傳感器連接。

　　（二）電壓電流采集

　　本設(shè)計通過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電壓值。而在LV25-P傳感器中，待測電流從待測電流流入端。從流入待測電流流出端流出，供電端給定供電電壓，最終從Output中采集到待測電流值。

　　（三）艙體泄露數(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)。

　　（四）CAN通信設(shè)計

　　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數(shù)據(jù)值。CAN通信具有可靠性高和實時性高的優(yōu)點，并且通信距離長，最長可達(dá)10千米，速率最高可達(dá)1Mbps。本設(shè)計選用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

　　如圖1軟件設(shè)計流程圖所示，當(dāng)程序運行時，DSP會通過I2C通訊協(xié)議向傳感器發(fā)送啟動時序命令，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，通過大量實驗驗證，發(fā)現(xiàn)本文設(shè)計的系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、存儲和傳輸方面具有高可靠性和高實時性，以及抗干擾能力良好的優(yōu)點，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)計上繼續(xù)加入新的數(shù)據(jù)采集點，具有良好的拓展性，而在DSP中移植嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS進(jìn)一步提高它的實時性將是我們研究的重點。

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