机器⼈数据采集系统设计分析论⽂
shenh 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
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(AutonomousUnderwaterVehicles,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IC总线接⼝的⾼分辨率⽓压传感器,它包
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括了⼀个⾼线性度的压⼒传感器和⼀个超低功耗的24位模数转换器。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LV25-P传感器和HXN50-P传感器分别采集电池的电压和电流数据。在LV25-P传感器中,待检测电压两端分别连接+HT和-HT,再给LV25-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LV25-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
变压器防盗报警器 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。
齿轮齿条转向器 参考⽂献
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