【正文】 ...................................... 17 上位機部分設計 .................................................................................................................. 19 系統(tǒng)整體外觀部分設計 ........................................................................................................ 20 系統(tǒng)整體密封防水部分設計 ................................................................................................. 21 系統(tǒng)各部分軟件設計 .................................................................................................................. 22 無線模塊及串口通訊程序設計 ............................................................................................. 22 轉向舵機部分程序設計 ........................................................................................................ 23 DS18B20 溫度檢測模塊程序設計 ......................................................................................... 24 結論與建議 ................................................................................................................................ 27 結論 .................................................................................................................................... 27 創(chuàng)新點 ................................................................................................................................ 27 建議 .................................................................................................................................... 27 參考文獻： ...................................................................................................................................... 28 致謝 ................................................................................................................................................ 29 附錄 ................................................................................................................................................ 33 I 水下行走平臺設計 (下位機部分 ) 摘 要 水下行走平臺的研究為水產養(yǎng)殖的環(huán)境監(jiān)控提供了數(shù)據采集平臺，對提高養(yǎng)殖質量有重要 意義。該設計主要由 L298N 電機驅動、 LM2596 穩(wěn)壓模塊、 MG995 舵機、單片機最小系統(tǒng)等模塊組成。 singlechipmicroputer。 其中除了在軍事、科研等領域的應用外，在現(xiàn)代水產養(yǎng)殖等行業(yè)也迫切需要水下機器人來進行水下信息采集和處理 。 國內外發(fā)展概況 國外水下機器人技術的發(fā)展相對于國內來說 起步比較 早 發(fā)展比較快速，而且技術 比較先進，其中是以美國、日本以及西方歐洲等的發(fā)達國家為主 。 1994 年 MIT 研究組成 功研制了世界上第一條真正意義上的仿生金槍魚 (Rl0botun ） [2]。目前，仿魚推進技術的研究還沒有達到實用程度，針對理論研究和性能驗證的機器魚設計正在實驗空進行從體積的角度來劃分，可分為常規(guī)機器魚和微小型機器魚，常規(guī)機器魚的研究與開發(fā) ， 旨住設計一種快速，高效、可操縱的水下推進裝置，試圖 從 水下潛器和水下機器人領域取代螺旋漿等常規(guī)推進器 [6]。 2020 年 8 月， 北京航空航天大學 機器人所和中科院自動化所合作研制出實用的仿生機器魚，參加了對鄭成功古戰(zhàn)船遺址的水下考古探測 [8]。 需要設計 水下平臺 行進的推動渦輪機構部分的設計，及水下行走機構的轉向及下沉上浮機構的相關設計， 使 整個機構能夠穩(wěn)定在水下行走 。 包括電機驅動器，穩(wěn)壓電源模塊的設計，以及舵機驅動器的設青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 計，調試并完成整體性能要求以配合整體機械結構完成水下行走的目標。 研究目標： 本設計采用 STC89C52 系列單片機控制系統(tǒng) 調試并完成水下行走平臺與上位機軟件通訊 、 以及水下行走機構的設計 。 主要用于接收采集無線模 塊數(shù)據指令，進行相應的計算數(shù)據處理計算后得到相應的控制參數(shù) ， 然后發(fā)送至 I/O 口執(zhí)行相應的指令 ， 完成相應動作 ， 完成 水下平臺 運動要求。在實際工作中并不是都要求計算機有很高的性能 ， 工 業(yè)控制更是如此 。操作方便，并且可以采用 C 語言進行程序編寫簡單，所用的成本非常低，雖然最小系統(tǒng)體積小功能齊全，非常符合此系統(tǒng) 水下平臺 設計的控制參數(shù)等的要求。 方案二： 采用 Infineon 公司的 BTN7960 作為渦輪電機的驅動模塊。 在使用的電路設計中需要通過光電耦合器進行隔離，使其抗干擾能力更強， PWM 脈寬可以進行平滑調速，并且可以實現(xiàn)正反轉的不同控制。 方案一 :采用 LM2596 可調節(jié)的穩(wěn)壓芯片作為系統(tǒng)穩(wěn)壓電源 方案二： 采用 LM7805 作為系統(tǒng)穩(wěn)壓電源 方案比較： 由于水下阻力較大，對系統(tǒng)穩(wěn)定性 要求較高，且系統(tǒng)內部帶有三個舵機，舵機穩(wěn)定運行需要穩(wěn)定的電源 供電 ，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行， LM7805 僅可給 CPU 供電，滿足不了系統(tǒng)要求， 并且通過試驗證明 LM7805 提供的電流不足以 給舵機提供 足夠功率 ，而 LM2596 能夠同時為三個舵機提供穩(wěn)定電壓供整個系統(tǒng) 水下平臺 的轉向使用， 因此采用LM2596 作為穩(wěn)壓模塊的穩(wěn)壓芯片， 本 系統(tǒng) 水下平臺 的電源供電模塊需要選擇方案一作為主要實施方案。 該方法需要選擇合適的水泵作為吸排水的工具 。實驗實物 如圖 23 所示 。方案三中采用 水下平臺 兩側安裝機翼的方式能夠改變 水下平臺 行進角度 在助推器的推動 下能夠完成潛浮的動作 要求。 圖 24內部負重方式圖 方案二 :采用外部負重方式。方案二采用外部負重的方式，能夠隨時改變 水下平臺 負重 ，從而 較方便的改變 水下平臺 的 密度， 以 達到理想漂浮效果 。 進行上位機與下位機的通訊，完成對 水下平臺 運動的控制功能的實現(xiàn)，并且將傳感器測得數(shù)據傳送到上位機。而方案二中使用的 NRF2401 無線模塊傳送距離為 200 米，且須在無遮擋物的狀態(tài)下， 并 且對NRF2401 的控制需要 8 個 I/O，占用的 I/O 口較多，并且傳輸距離較短信號較弱，不 符合系統(tǒng) 水下平臺 的設計要求。 圖 28轉向舵機 方案二 :水下平臺 轉向采用渦輪推動的方式 。 青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 圖 210水泵吸水口及排水口圖 方案比較 :上述方案一中船舵的方式較易安裝和調試，也可及時觀察其 運行過程中 狀態(tài) ，方案二中的渦輪推動的方式作用效果明顯，動力充足，但是由于 水下平臺 是在水下運行，須做好防水方式措施，經過一系列實驗該方案中需采用大功率特種防水電機，其成本相對本設計的要求較高，且體積較大 。 其中電源模塊作為系統(tǒng)內部的動力來源，主要為單片機最小系統(tǒng)及舵機和 SRWF1 無線模塊供電，保證系統(tǒng) 水下平臺 控制與接收發(fā)射部分正常運行 。 由于水下阻力較大，因此需要采用大功率電池以保證電源有較大電流輸出，以保證系統(tǒng)正常運行。 因此穩(wěn)壓電源模塊采用直流 大功率電池 轉換 為 5V 電壓。 由于阻力較大，需采用 光電耦合器 進行電氣隔離，以保護電路正常運行 而不被燒壞 。其電路原理圖如圖 43 所示： H8DQ2GND1VCC3U6DS1820R1010K+5 圖 43 DS18B20模塊原理圖 采用 STC 公司的 STC89C52RC 系列的單片機最小系統(tǒng)板作為控制單元主要用于接收和發(fā)送 無線模塊數(shù)據指令， 并 進行相應的數(shù)據處理得到相應的控制參數(shù) ， 執(zhí)行 相應動作 ，完成 水下平臺 的 運動要求。 無線串口通訊模塊的系統(tǒng)原理圖如圖 45 所示： TXDRXDVCCGND天線*SRWF1VCC12P3天線無線模塊 圖 45 無線模塊原理圖及實物圖 青島農業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 。位置，其工作流程圖如圖 48 所示： 圖 48舵板式潛浮工作流程圖 舵板傾斜后根據正交分解對舵板進行受力分析得到舵板的的受力原理如圖 49 所示： 圖 49舵板正交分解受力原理圖 上位機發(fā)出潛浮指令 舵板轉到至105176。為基準） 下潛 15cm 所需時間（單位 s） 下潛 30cm 所需時間（單位 s） 續(xù)航時間 5176。 10 20 2025 30176。 上位機控制界面應用 VB 語言進行程序編寫，并且通過串口通訊將要發(fā)送的指令發(fā)送到無線模塊 SRWF1，實現(xiàn)對下位機 水下平臺 的運動控制以及水下環(huán)境參數(shù)的采集 處理和存儲。 由于 水下平臺在水下運行，耗電量較大，一次需要不斷充電以保證系統(tǒng)能夠正常運行，因此在前部開有直徑約為 ，主要用于設備在試驗完后方便充電 及在進水的狀態(tài)下能夠及時 的排出水，防止內部控制電路短路燒壞 。 該系統(tǒng)的運動部分的防水 主要是通過固體潤滑油 進行 內部填充，使系統(tǒng) 水下平臺 在低水壓下不會出現(xiàn)進水 現(xiàn)象 ，同時對 水下平臺 的運 動結構進行獨立的封閉，使得舵機以及減速器等的單獨密封，即使進水也只損壞動力傳動部分，不會影響系統(tǒng)整體的運行狀態(tài)。 。 TTL 電平接口 /RS232 接口 /RS485 接口，用戶可根據自己的需求選擇。 TH1=0XFD。 SM1=1。 while(!TI)。 //標志位清零 T=SBUF。它內部有一個基準電路，產生周期為 20ms，寬度為 的基準信號， 通過改變高電平的寬度來改變舵機轉動的角度。//加 1 計數(shù)器高 8 位 TH0 賦初值 TL0=(65536100)%256。 //使得尾部的轉向舵機信號端為低電平 } if(i=a) { PWM_vertical_left=1。// 使得右側部的轉向舵機信號端為低電平 } if(i==200) //計數(shù)滿 200 則歸零 ， 用于舵機 20ms 周期累計 {i=0。 該部分的采用直插式的 DS18B20 作為水下溫度檢測的傳感 器， DS18B20 體積很小適合系統(tǒng) 水下平臺 體積小的特點，能量消耗也相對較低，不會在使用中消耗過多能量而影響 水下平臺 其他部分功能。 //稍做延時 DQ = 0。 //拉高總線 DelayUs2x(50)。 } /*