機器人數據采集系統設計分析論文

　　摘要：:AUV內部有著(zhù)眾多的傳感器，這就需要建立一個(gè)數據采集系統，來(lái)進(jìn)行傳感器數據的采集、處理和傳輸，從而保證AUV整個(gè)電控系統的正常運行，完成工作命令。AUV數據采集系統基于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)行數據的采集，并負責檢測電壓電流和艙體的泄露情況,最終通過(guò)CAN通信與工控機進(jìn)行通信。

　　關(guān)鍵詞：AUV；數據采集系統；DSP；傳感器；CAN通信

　　眾所周知，海洋蘊藏十分豐富的資源，需要我們去探測和開(kāi)發(fā)，而自水下機器人在探測資源與資源開(kāi)采中扮演者十分重要的角色。自主式水下機器人（AutonomousUnderwaterVehicles，簡(jiǎn)稱(chēng)AUV）是水下機器人的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，在海洋資源探測和軍事領(lǐng)域應用十分廣泛。AUV在水下工作，其內部傳感器采集傳輸的數據要保證其實(shí)時(shí)性和可靠性，建立一套完善的數據采集系統成為確保AUV在水下正常作業(yè)的一個(gè)重要任務(wù)。

　　一、總體設計

　　本文設計了一套可靠的AUV數據采集系統，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，兼容性好，穩定性高，有效的保證了數據的可靠。為保障數據的可靠性，降低數據誤差，與傳感器的通信采取I2C通信協(xié)議；為保障數據的實(shí)時(shí)性，與上位機的通信采取CAN通信方式，最終數據將會(huì )在岸基電腦界面上顯示出來(lái)。

　　二、硬件設計

　�。ㄒ唬�溫濕度和氣壓數據的采集

　　本設計采用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數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。氣壓傳感器是有IC總線(xiàn)接口的高分辨率氣壓傳感器，它包括了一個(gè)高線(xiàn)性度的壓力傳感器和一個(gè)超低功耗的24位模數轉換器。DSP控制器通過(guò)I2C通信與傳感器連接。

　�。ǘ�）電壓電流采集

　　本設計通過(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據。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。

　�。ㄈ�）艙體泄露數據采集

　　AUV艙內的密封性是保證艙內電控系統正常運行的重要基礎，而艙體泄露數據是判斷AUV密封性最重要的依據。本設計將以一柔性印刷電路板固定艙體內部，通過(guò)電壓比較器得到艙內是否進(jìn)水數據，DSP控制器進(jìn)而采集到泄露數據。

　�。ㄋ模〤AN通信設計

　　CAN通信在DSP與AUV工控機的通信中占據了至關(guān)重要的作用，DSP將采集到的數據經(jīng)過(guò)一系列處理，通過(guò)CAN通信傳輸到上層工控機上，最終在岸基界面上顯示出各個(gè)數據值。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(cháng)，最長(cháng)可達10千米，速率最高可達1Mbps。本設計選用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、軟件設計

　　如圖1軟件設計流程圖所示，當程序運行時(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，并將數據上傳到DSP中；在DSP中對相關(guān)數據進(jìn)行處理，并判斷AUV電控系統是否正常工作，之后在檢測到上位機發(fā)送的查詢(xún)命令后，將數據通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到上位機中。

　　四、結論

　　本文介紹了一種可靠性高的自主式水下機器人數據采集系統設計，通過(guò)大量實(shí)驗驗證，發(fā)現本文設計的系統在數據采集、存儲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)，采集到數據誤差小，滿(mǎn)足AUV在水下正常工作的指標。在A(yíng)UV的后續研發(fā)中，可以在本設計上繼續加入新的數據采集點(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RTOS進(jìn)一步提高它的實(shí)時(shí)性將是我們研究的重點(diǎn)。

　　參考文獻

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