【正文】 想漂浮效果 。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。 青島農(nóng)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(jīng)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 。 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。 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 。 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(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 。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。 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。 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(jù)自己的需求選擇。 SM1=1。 //標志位清零 T=SBUF。//加 1 計數(shù)器高 8 位 TH0 賦初值 TL0=(65536100)%256。// 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。 //稍做延時 DQ = 0。 } /* 讀取一個字節(jié) */ unsigned char ReadOneChar(void) { unsigned char i=0。 DelayUs2x(25)。 DelayUs2x(25)。 WriteOneChar(0xCC)。 //高位 b=8。 理，改變水下行走平臺的潛水方式，突破了以往內置腔體式的潛水方式，這樣的方式潛水效果更明顯效率更高。AnAl F,eta1. swimming experiment of micro mobile robot in water. 1994,IEEE Im Conf on Robotics and Automation York:IEEE Press。 2. 北京 :郵電大學自動化學院 , 1009 8526( 2020) 01 0010 05. [10]高衛(wèi)東 . 51單片機原理與實踐 (C 語言版 ) [M]。 在水下行走平臺設計過程中，對多種可行性設計方案進行試驗，確定最符合自身設計的要求的設計方案。 return(t)。 // 啟動溫度轉換 DelayMs(1000)。 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 26 dat=1。 } /* 寫入一個字節(jié) */ void WriteOneChar(unsigned char dat) { unsigned char i=0。 for (i=8。 //精確延時 大于 480us 小于 960us DelayUs2x(200)。 } DS18B20溫度檢測模塊程序設計 鑒于其他環(huán)境參數(shù)的檢測傳感器，例如： PH 值，渾濁度，氨基酸，磷含量等相對 成本比較高 。 //計數(shù) ,每執(zhí)行一次加 1， 用于 PWM 波 20ms 周期累計 if(i=j) { PWM_level=1。 //把值輸出到 P1 口，用于觀察 } if(TI) //如果是發(fā)送標志位，清零 TI=0。 } void SendByte(unsigned char dat) //發(fā)送一個字節(jié) { ES=0。 ，編程簡單靈活用戶使用方便。SRWF1 系列無線模塊傳輸距離 最遠 可以達到 2020 米，且為串口通信方式，編寫程序方便使用簡單，使用的 I/O 也相對來說比較少，方便操作。上位機串口通訊 設計框圖 及控制界面如圖 411 所示： 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 20 圖 411 系統(tǒng) 上位機整體框圖和 上位機操作界面 水下平臺 外觀經(jīng)過試驗驗證得知需要采用圓筒形的外殼，其外形圓滑， 且在水下行走平臺前端改為錐形， 能夠在水中極大程度的減小行進過程中的阻力，從而確保 水下平臺 運行流暢 。 8 20 2025 15176。該方式是根據(jù)飛機機翼的原理，采用舵機連接 水下平臺 左右兩側的舵板，通過轉動角度改變受力方向， 而使 水下平臺 完成下潛的動作。 并通過單片機進行數(shù)據(jù)處理后，通過 SRWF1 無線模塊發(fā)送至上位機，由上位機進行數(shù)據(jù)處理，并進行存儲 。 在串口中斷產(chǎn)生后，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū) SBUF的值賦給臨時變量 Temp 將數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)存儲之后繼續(xù)等待下一次中斷產(chǎn)生，同時開始掃描 Temp 的值，判斷是什么數(shù)據(jù)以及對應的指令， 執(zhí)行相應的動作 ，完成整個系統(tǒng)工作流程。因此需采用方案一中的船舵的轉向方式較為合適。 轉向 部分設計 方案一 :水下平臺 轉向采用船舵的方式 。所以采用方案一較為合 適。 方案一 :采用內部負重 的方式 。 方案三： 采用 水下平臺 左右兩側安裝舵板的方式 。方案二中 BTN7960 驅動能力較 L298N 強，但是控制直流電機的正反方向轉時需用兩個驅動器才能完成，并且成本相對 L298N 來說較高。因此選擇方案一。 主要用于接收采集無線模塊數(shù)據(jù)指令，進行相應的計算數(shù)據(jù)處理計算后得到相應的控制參數(shù) ， 發(fā)送至 I/O 口 執(zhí)行 相應的指令 ， 進行相應動作 ， 完成 水下平臺 運動要求。選擇較為合適的無線通信模塊，并完成上下位機的通訊 。 但是目前國內外研究的水下機器人、潛水器等設備大多是應用在科研和軍事領域，且其造價成本都很高，對于普通的水產(chǎn)養(yǎng)殖、水庫環(huán)境 觀測的小型的應用來說難以去購買和應用這些設備，因此需要設計一款成本相對來說比較低，能夠在水下行走，能夠檢測基本的環(huán)境數(shù)據(jù)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖等提供參考數(shù)據(jù)。 日本， 20世紀 90年代初，名古屋大學 Toshio Fukuda教授開始了微型仿 生 魚水下推進器的研究，他先后研制出采用形狀記憶合金驅動的微型身體波動式水下推進器和壓電陶瓷驅動的雙鰭微型機器魚 [4]。 本 設計是以潛水艇的機械結構為基礎， 通過論述水下機器人的構成、排水量的初步估算、艇形選擇、重量重心的計算、浮力浮心的計算、阻力的測定與計算、有效功率的計算等闡明了水下 行走平臺 基本的設計思路。通過水下試驗，證明本設計可以進行水中基本移動功能。本文進行了水下移動平臺的結構設計。 actuator。 對于水下行走平臺的設計業(yè)有不同層次的研究，目前 相對來說 較 為 成熟穩(wěn)定的水下機器人主要有仿生魚 形 、橢圓形、圓筒形等 幾種 形式。 還有另外一種推進器方式是噴水式助推器，噴水推進器利用推進泵噴出水流的反作用力作為動力。要求選擇合適的 水下平臺 材料，以及機構形狀 設計，并進行相關的實驗， 以 確定哪種材料是最合適的， 哪 種形狀結構式最可行的，確立具體的水下行走的整體的機構設計。 包括 水下平臺 外殼設計與內部硬件設計和內部電路設計 。 在絕大多數(shù)場合 ， 傳統(tǒng)電子系統(tǒng)智能化 、 自動化的要求并不是很復雜 ， 8 位單片機完全可以解決問題。 方案比較： 方案一中 L298N 驅動是 ST 公司生產(chǎn)的一種電壓承受等級相比較高、電流相比較大的電機驅動芯片。 方案一： 采用垂直方向渦輪 轉動的 反作用力推動 水下平臺 下潛 ， 其 實物如圖 21 所示 。 圖 22 氣囊式潛水實物圖 圖 23舵板式潛水圖 方案比較： 方案一中在垂直方向安裝渦輪的 方式 需要渦輪的驅動電機具有足夠的扭矩以及轉速，性能要求較高， 且 水下平臺 采用內置 電池供電，在實際的試驗中發(fā)現(xiàn)內置電池不足以同時為三部渦輪電機提供足夠的扭矩來推動 水下平臺 下潛，且電機 消耗過大導青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 致系統(tǒng)不能正常工作。在外 部下側夾帶負重腔，可以隨時添加或 除去 配重物體，方便在調試階段，以及在不同水質不同密度下隨時改變自身密度，改變潛浮的初始位置。 圖 26 RWF1無線模塊 方案二： 采用 NRF2401 無線模塊進行上位機與下位機的通訊工作。 在 水下平臺 前方左右兩側安裝可以正反轉的渦輪，通過渦輪轉動推動水流，產(chǎn)生反作用力從而推動 水下平臺 配合主渦輪助推器完成水下平臺 轉向。 L298N 則作為執(zhí)行機構，帶動渦輪轉動，推動 水下平臺 前進 。該 穩(wěn)壓電源模塊 采用 LM2596 穩(wěn) 壓芯片經(jīng) 電源轉換為 5V 穩(wěn)壓電源，主要為轉向舵機及 CPU 提供穩(wěn)定電壓 ， 以保證系統(tǒng)正常運行 。 該 芯片是比較常用的 8 位單片機 ，可以采用 C 語言編寫程序，使用 簡單， 最小系統(tǒng)原理圖較為 簡單。位置 舵板轉動至 75176。 15 25 2025 注： ：本校人工湖 ，以上數(shù)據(jù)為根據(jù)現(xiàn)場試驗情況估測 試驗相關圖片如圖 410 所示： 圖 410舵板式潛浮下潛過程圖 由試驗數(shù)據(jù)可以得出氣囊式潛水深度較深，但是效率偏低 。其整體由腔體外殼、渦輪推動機構、側翼轉向板機構、尾翼轉向板機構等外部助力行進機構組成。 NRF2401 無線模塊具有 更高的優(yōu)勢。 TL1=0XFD。 TI = 0。 水下行走平臺采用 STC89C52 系列單片機作為舵機控制的信號來源， 由于單片機具有性能穩(wěn)定、編程靈活、精度較高、價格低廉等特點，在實際中得到了廣泛的應用[11]。// 使得左側部的轉向舵機信號端為高電平 } if(ia) { PWM_vertical_left=0。其控制程序如下： /* 18b20 初始化 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 25 */ bit Init_DS18B20(void) { bit dat=0。 //15~60us 后 接收 60240us 的存在脈沖 dat=DQ。 // 給脈沖信號 dat=1。 i) { DQ = 0。 unsigned int b=0。 //跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE)。由于現(xiàn)階段類似于該系統(tǒng) 水下平臺 的設計較少，所以本設計以方案假設和 試驗驗證為主，主要測試多個實施方案，確認方案的可行性。 助推器建議采用，渦輪推動的方式，行走速度更快。感謝在百忙之中抽出時間參加論文審閱和答辯 的各位老師！再次向所有 關心我、愛護我、幫助我的人表示衷心的感謝 ！ 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 33 附錄 試驗時照片 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 34 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計（論文） 35