【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 控制功能的實(shí)現(xiàn)，并且將傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。圖 26 RWF1無(wú)線模塊方案二：采用NRF2401無(wú)線模塊進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)的通訊工作。圖 27 NRF2401無(wú)線模塊方案比較：方案一中選用SRWF1無(wú)線串口通訊模塊。鑒于系統(tǒng)水下平臺(tái)在水下運(yùn)行，信號(hào)的傳送需要非常穩(wěn)定以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，SRWF1系列無(wú)線模塊有長(zhǎng)達(dá)15cm左右的外置天線，可以通過導(dǎo)線接到水下平臺(tái)外部減少了水對(duì)信號(hào)的干擾和屏蔽作用，傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到2000米，且為串口通信方式，使用簡(jiǎn)單，使用的I/O也相較少。而方案二中使用的NRF2401無(wú)線模塊傳送距離為200米，且須在無(wú)遮擋物的狀態(tài)下，并且對(duì)NRF2401的控制需要8個(gè)I/O，占用的I/O口較多，并且傳輸距離較短信號(hào)較弱，不符合系統(tǒng)水下平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求。因此采用方案一。方案一:水下平臺(tái)轉(zhuǎn)向采用船舵的方式。在水下平臺(tái)下后方安裝12*10的矩形板，利用矩形板的方向的偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反方向的作用力，同時(shí)配合水下平臺(tái)主渦輪助推器，推動(dòng)水下平臺(tái)方向偏轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)向的動(dòng)作。圖 28轉(zhuǎn)向舵機(jī)方案二:水下平臺(tái)轉(zhuǎn)向采用渦輪推動(dòng)的方式。在水下平臺(tái)前方左右兩側(cè)安裝可以正反轉(zhuǎn)的渦輪，通過渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)水流，產(chǎn)生反作用力從而推動(dòng)水下平臺(tái)配合主渦輪助推器完成水下平臺(tái)轉(zhuǎn)向。圖 29轉(zhuǎn)向渦輪方案三: 水下平臺(tái)轉(zhuǎn)向采用水泵正反向吸排水推動(dòng)水流的方式。在水下平臺(tái)內(nèi)部安裝水泵通過吸水以及排水產(chǎn)生的反作用力，配合水下平臺(tái)主渦輪助推器完成轉(zhuǎn)向的動(dòng)作。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(diào)試，也可及時(shí)觀察其運(yùn)行過程中狀態(tài)，方案二中的渦輪推動(dòng)的方式作用效果明顯，動(dòng)力充足，但是由于水下平臺(tái)是在水下運(yùn)行，須做好防水方式措施，經(jīng)過一系列實(shí)驗(yàn)該方案中需采用大功率特種防水電機(jī)，其成本相對(duì)本設(shè)計(jì)的要求較高，且體積較大。方案三中水泵吸水以及抽水產(chǎn)生的反作用力與方案二中效果相似，也需要較大功率的水泵才能完成。因此需采用方案一中的船舵的轉(zhuǎn)向方式較為合適。10系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)水下平臺(tái)內(nèi)部電路由電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、DS18B20溫度檢測(cè)模塊、SRWF1無(wú)線收發(fā)模塊等組成。其中電源模塊作為系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)力來(lái)源，主要為單片機(jī)最小系統(tǒng)及舵機(jī)和SRWF1無(wú)線模塊供電，保證系統(tǒng)水下平臺(tái)控制與接收發(fā)射部分正常運(yùn)行。L298N則作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)水下平臺(tái)前進(jìn)。SRWF1作為串口無(wú)線通訊模塊用于接收上位機(jī)（PC）通過串口發(fā)送的指令，將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)最小系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后執(zhí)行相應(yīng)指令動(dòng)作。系統(tǒng)電路總體原理圖如圖31所示：圖31系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)原理圖SRWF108無(wú)線模塊STC89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向舵機(jī)大功率電池上位機(jī)（PC）圖 32系統(tǒng)總體控制設(shè)計(jì)圖首先由上位機(jī)通過軟件發(fā)送控制指令，并通過串口無(wú)線模塊發(fā)送，由下位機(jī)通過串口無(wú)線模塊接收到數(shù)據(jù)指令，下位機(jī)的單片機(jī)接收到指令后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，分析SBUF的數(shù)值，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作指令，完成水下行進(jìn)以及數(shù)據(jù)采集等動(dòng)作。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(yùn)行。渦輪正尾翼左初始化判斷是否有中斷產(chǎn)生掃描SBUF判斷鍵值是否前進(jìn)指令后退指令上浮指令下潛指令讀取參數(shù)渦輪反側(cè)翼下側(cè)翼上信息右轉(zhuǎn)指令左轉(zhuǎn)指令尾翼右圖 33系統(tǒng)總體程序流程圖 系統(tǒng)首先在上位機(jī)軟件控制界面點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的按鈕發(fā)送相關(guān)指令，在接收到上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)指令后單片機(jī)最小系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生串口中斷。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(shí)變量Temp將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之后繼續(xù)等待下一次中斷產(chǎn)生，同時(shí)開始掃描Temp的值，判斷是什么數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的指令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，完成整個(gè)系統(tǒng)工作流程。系統(tǒng)各部分硬件設(shè)計(jì)因水中阻力較大，舵機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向舵板轉(zhuǎn)動(dòng)受到較大阻力，需要穩(wěn)定的電壓以保證舵機(jī)能夠正常運(yùn)行。，主要為轉(zhuǎn)向舵機(jī)及CPU提供穩(wěn)定電壓，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。電路原理圖及實(shí)物如圖41所示：圖 41穩(wěn)壓電源模塊原理圖及實(shí)物圖由于水下阻力較大，渦輪推動(dòng)水下平臺(tái)前進(jìn)過程中，需要電機(jī)能夠提供充足動(dòng)力，且不能因轉(zhuǎn)速過快導(dǎo)致電流過大而燒壞電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)。因此采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊作為電極的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，帶動(dòng)渦輪，推動(dòng)水下平臺(tái)行進(jìn)。由于阻力較大，需采用光電耦合器進(jìn)行電氣隔離，以保護(hù)電路正常運(yùn)行而不被燒壞。電路原理圖如圖42所示：圖 42 L298N驅(qū)動(dòng)模塊原理圖在完成水下運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部分的控制的前提下，需要進(jìn)行對(duì)水下信息的采集，其中最基本的水下環(huán)境的檢測(cè)參數(shù)是溫度，鑒于其他環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)傳感器，例如：PH值，渾濁度，氨基酸，磷含量等成本相對(duì)較高，因此優(yōu)先測(cè)量水下溫度參數(shù)。并通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，通過SRWF1無(wú)線模塊發(fā)送至上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行存儲(chǔ)。該部分采用直插式的DS18B20作為水下溫度檢測(cè)的傳感器，DS18B20體積很小適合系統(tǒng)水下平臺(tái)體積小的特點(diǎn)，能量消耗低，不會(huì)在使用中消耗過多能量而影響水下平臺(tái)其他部分功能。其電路原理圖如圖43所示：圖 43 DS18B20模塊原理圖采用STC公司的STC89C52RC系列的單片機(jī)最小系統(tǒng)板作為控制單元主要用于接收和發(fā)送無(wú)線模塊數(shù)據(jù)指令，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理得到相應(yīng)的控制參數(shù)，執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，完成水下平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)要求。該芯片是比較常用的8位單片機(jī)，可以采用C語(yǔ)言編寫程序，使用簡(jiǎn)單，最小系統(tǒng)原理圖較為簡(jiǎn)單。其電路原理圖如圖44所示：圖 44 STC89C52單片機(jī)原理圖鑒于水下平臺(tái)在水下運(yùn)行，信號(hào)的傳送需要非常穩(wěn)定以保證系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，SRWF1系列無(wú)線模塊傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到2000米，且為串口通信方式，編寫程序方便使用簡(jiǎn)單，使用的I/O僅有TXD和RXD，操作方便。因此采用SRWF1系列串口無(wú)線模塊。無(wú)線串口通訊模塊的系統(tǒng)原理圖如圖45所示： 圖 45無(wú)線模塊原理圖及實(shí)物圖。此方式是根據(jù)現(xiàn)代潛水艇的工作原理通過吸排水改變水下平臺(tái)密度從而實(shí)現(xiàn)上下浮動(dòng)以及停留在水下某個(gè)位置，采集對(duì)應(yīng)的信息，其工作流程如圖46所示：上位機(jī)發(fā)出潛浮指令吸水下潛排水上浮判斷下潛或上浮下潛上浮圖46氣囊式潛浮工作流程圖測(cè)量得到水下平臺(tái)長(zhǎng)度為40cm，直徑為11cm，氣囊的長(zhǎng)度為14cm，直徑為10cm，則由規(guī)則物體體積公式求得氣囊的體積為： 公式（41）則對(duì)應(yīng)的水的重量為： 公式（42）則在初始階段完全排出空氣時(shí)，忽略氣囊自身體積，氣囊體積減小785cm3，此時(shí)水下平臺(tái)密度不變，當(dāng)氣囊通過齒輪式水泵吸水后密度變大，在配重達(dá)到漂浮在水面的臨界水平條件下，水下平臺(tái)下潛，到達(dá)某個(gè)臨界位置，具體的吸水程度與下潛程度對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表41所示：表41氣囊式潛浮吸水程度與下潛程度表吸水程度氣囊體積減?。▎挝籧m3）下潛深度（單位cm）續(xù)航時(shí)間（單位min）20%1575304040%31420304060%47150304080%628703040100%785803040注：：，以上數(shù)據(jù)為根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況估測(cè)試驗(yàn)相關(guān)圖片如圖47所示：圖47氣囊式潛浮下潛過程圖。該方式是根據(jù)飛機(jī)機(jī)翼的原理，采用舵機(jī)連接水下平臺(tái)左右兩側(cè)的舵板，通過轉(zhuǎn)動(dòng)角度改變受力方向，而使水下平臺(tái)完成下潛的動(dòng)作。舵機(jī)的初始位置為90176。位置，其工作流程圖如圖48