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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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)，而自水下機(jī)器人在探測(cè)資源與資源開(kāi)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(lái)。
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(guò)I2C通信與傳感器連接。
�。ǘ╇妷弘娏鞑杉�
本設(shè)計(jì)通過(guò)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(guò)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(guò)一系列處理，通過(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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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