機器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計分析論文
摘要：:AUV內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行數(shù)據(jù)的采集，并負責檢測電壓電流和艙體的泄露情況,最終通過CAN通信與工控機進行通信。
關鍵詞：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，需要我們去探測和開發(fā)，而自水下機器人在探測資源與資源開采中扮演者十分重要的角色。自主式水下機器人（AutonomousUnderwaterVehicles，簡稱AUV）是水下機器人的一個重要研究領域，在海洋資源探測和軍事領域應用十分廣泛。AUV在水下工作，其內部傳感器采集傳輸?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。
一、總體設計
本文設計了一套可靠的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，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、硬件設計
（一）溫濕度和氣壓數(shù)據(jù)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(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。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艙內的密封性是保證艙內電控系統(tǒng)正常運行的重要基礎，而艙體泄露數(shù)據(jù)是判斷AUV密封性最重要的依據(jù)。本設計將以一柔性印刷電路板固定艙體內部，通過電壓比較器得到艙內是否進水數(shù)據(jù)，DSP控制器進而采集到泄露數(shù)據(jù)。
（四）CAN通信設計
CAN通信在DSP與AUV工控機的通信中占據(jù)了至關重要的作用，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，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中對相關數(shù)據(jù)進行處理，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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計，通過大量實驗驗證，發(fā)現(xiàn)本文設計的系統(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。在AUV的后續(xù)研發(fā)中，可以在本設計上繼續(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進一步提高它的實時性將是我們研究的重點。
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