众所周知, 海洋蕴藏十分丰富的资源, 需要我们去探测和开发, 而自水下机器人在探测资源与资源开采中扮演者十分重要的角色。自主式水下机器人 (Autonomous Underwater Vehicles, 简称AUV) 是水下机器人的一个重要研究领域, 在海洋资源探测和军事领域应用十分广泛。AUV在水下工作, 其内部传感器采集传输的数据要保证其实时性和可靠性, 建立一套完善的数据采集系统成为确保AUV在水下正常作业的一个重要任务。
一、总体设计
本文设计了一套可靠的AUV数据采集系统, 在充分考虑了底层和程序算法等因素的影响, 采取了成熟可靠的DSP控制方案, 其运算能力强, 兼容性好, 稳定性高, 有效的保证了数据的可靠。为保障数据的可靠性, 降低数据误差, 与传感器的通信采取I2C通信协议;为保障数据的实时性, 与上位机的通信采取CAN通信方式, 最终数据将会在岸基电脑界面上显示出来。
二、硬件设计
(一) 温湿度和气压数据的采集
本设计采用SHT75型温湿度传感器和MS5611-01BA03气压传感器。SHT75单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。气压传感器是有I²C总线接口的高分辨率气压传感器, 它包括了一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24位Σ模数转换器。DSP控制器通过I2C通信与传感器连接。
(二) 电压电流采集
本设计通过LV 25-P传感器和HXN 50-P传感器分别采集电池的电压和电流数据。在LV 25-P传感器中, 待检测电压两端分别连接+HT和-HT, 再给LV 25-P传感器上电, 上电电压Vc为15V, 从M端口就可采集到待测电压值。而在LV 25-P传感器中, 待测电流从待测电流流入端。从流入待测电流流出端流出, 供电端给定供电电压, 最终从Output中采集到待测电流值。
(三) 舱体泄露数据采集
AUV舱内的密封性是保证舱内电控系统正常运行的重要基础, 而舱体泄露数据是判断AUV密封性最重要的依据。本设计将以一柔性印刷电路板固定舱体内部, 通过电压比较器得到舱内是否进水数据, DSP控制器进而采集到泄露数据。
(四) CAN通信设计
CAN通信在DSP与AUV工控机的通信中占据了至关重要的作用, DSP将采集到的数据经过一系列处理, 通过CAN通信传输到上层工控机上, 最终在岸基界面上显示出各个数据值。CAN通信具有可靠性高和实时性高的优点, 并且通信距离长, 最长可达10千米, 速率最高可达1Mbps。本设计选用TI公司的CAN收发器, 在高低引脚间加一120欧姆的匹配电阻, 防止通信干扰。
三、软件设计
如图1软件设计流程图所示, 当程序运行时, DSP会通过I2C通讯协议向传感器发送启动时序命令, 传感器接收到命令后开始工作, 并将数据上传到DSP中;在DSP中对相关数据进行处理, 并判断AUV电控系统是否正常工作, 之后在检测到上位机发送的查询命令后, 将数据通过CAN总线发送到上位机中。
四、结论
本文介绍了一种可靠性高的自主式水下机器人数据采集系统设计, 通过大量实验验证, 发现本文设计的系统在数据采集、存储和传输方面具有高可靠性和高实时性, 以及抗干扰能力良好的优点, 采集到数据误差小, 满足AUV在水下正常工作的指标。在AUV的后续研发中, 可以在本设计上继续加入新的数据采集点, 具有良好的拓展性, 而在DSP中移植嵌入式实时操作系统RTOS进一步提高它的实时性将是我们研究的重点。
摘要：AUV内部有着众多的传感器, 这就需要建立一个数据采集系统, 来进行传感器数据的采集、处理和传输, 从而保证AUV整个电控系统的正常运行, 完成工作命令。AUV数据采集系统基于DSP处理器, 通过I2C通信协议与温湿度传感器和气压传感器进行数据的采集, 并负责检测电压电流和舱体的泄露情况, 最终通过CAN通信与工控机进行通信。
关键词：AUV,数据采集系统,DSP,传感器,CAN通信
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