水下行走平臺(tái)設(shè)計(jì)下位機(jī)部分畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料
2025-07-04 15:35本頁(yè)面
【正文】 6。位置舵板轉(zhuǎn)動(dòng)至75176。舵機(jī)的初始位置為90176。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。因此采用SRWF1系列串口無(wú)線模塊。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。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。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)。因此采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊作為電極的驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，帶動(dòng)渦輪，推動(dòng)水下平臺(tái)行進(jìn)。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。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。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。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。其中電源模塊作為系統(tǒng)內(nèi)部的動(dòng)力來源，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。因此需采用方案一中的船舵的轉(zhuǎn)向方式較為合適。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。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。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。方案一:水下平臺(tái)轉(zhuǎn)向采用船舵的方式。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。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。進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)的通訊，完成對(duì)水下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制功能的實(shí)現(xiàn)，并且將傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。所以采用方案一較為合適。方案二采用外部負(fù)重的方式，能夠隨時(shí)改變水下平臺(tái)負(fù)重，從而較方便的改變水下平臺(tái)的密度，以達(dá)到理想漂浮效果。圖 25外部配重方式圖方案比較：方案一中采用內(nèi)部負(fù)重的方式，既保持了水下平臺(tái)具有良好的平衡性，又減少水中阻力，并且外表較為美觀。圖 24內(nèi)部負(fù)重方式圖方案二:采用外部負(fù)重方式。方案一:采用內(nèi)部負(fù)重的方式。方案三中采用水下平臺(tái)兩側(cè)安裝機(jī)翼的方式能夠改變水下平臺(tái)行進(jìn)角度在助推器的推動(dòng)下能夠完成潛浮的動(dòng)作要求。方案二中內(nèi)置氣囊通過吸排水改變水下平臺(tái)密度使水下平臺(tái)能夠穩(wěn)定在水下某個(gè)位置，效果較理想，但是通過試驗(yàn)結(jié)果分析氣囊式需要性能較高的齒輪式水泵完成吸排水工作，但是由于吸排水過程導(dǎo)致水下平臺(tái)內(nèi)氣壓發(fā)生變化，可能造成水下平臺(tái)漏水，損壞控制電路，造成系統(tǒng)崩潰。實(shí)驗(yàn)實(shí)物如圖23所示。方案三：采用水下平臺(tái)左右兩側(cè)安裝舵板的方式。該方法需要選擇合適的水泵作為吸排水的工具。圖 21渦輪式潛水外觀圖方案二：采用水下平臺(tái)內(nèi)置氣囊的方式。方案一:采用LM2596可調(diào)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(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，且系統(tǒng)內(nèi)部帶有三個(gè)舵機(jī)，舵機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行需要穩(wěn)定的電源供電，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，LM7805僅可給CPU供電，滿足不了系統(tǒng)要求，并且通過試驗(yàn)證明LM7805提供的電流不足以給舵機(jī)提供足夠功率，而LM2596能夠同時(shí)為三個(gè)舵機(jī)提供穩(wěn)定電壓供整個(gè)系統(tǒng)水下平臺(tái)的轉(zhuǎn)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(tái)的電源供電模塊需要選擇方案一作為主要實(shí)施方案。方案二中BTN7960驅(qū)動(dòng)能力較L298N強(qiáng)，但是控制直流電機(jī)的正反方向轉(zhuǎn)時(shí)需用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器才能完成，并且成本相對(duì)L298N來說較高。 在使用的電路設(shè)計(jì)中需要通過光電耦合器進(jìn)行隔離，使其抗干擾能力更強(qiáng)，PWM脈寬可以進(jìn)行平滑調(diào)速，并且可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的不同控制。額定功率可以達(dá)到25W左右。方案二：采用Infineon公司的BTN7960作為渦輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。因此選擇方案一。操作方便，并且可以采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫簡(jiǎn)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(tái)設(shè)計(jì)的控制參數(shù)等的要求。如采用高性能的16位機(jī)、32位機(jī)，不僅是一種資源浪費(fèi)，而且延長(zhǎng)了開發(fā)周期，提高了成本[10]。在實(shí)際工作中并不是都要求計(jì)算機(jī)有很高的性能，工業(yè)控制更是如此。主要用于接收采集無(wú)線模塊數(shù)據(jù)指令，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)處理計(jì)算后得到相應(yīng)的控制參數(shù)，發(fā)送至I/O口執(zhí)行相應(yīng)的指令，進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，完成水下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求。主要用于接收采集無(wú)線模塊數(shù)據(jù)指令，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算數(shù)據(jù)處理計(jì)算后得到相應(yīng)的控制參數(shù)，然后發(fā)送至I/O口執(zhí)行相應(yīng)的指令，完成相應(yīng)動(dòng)作，完成水下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)要求。通過與上位機(jī)的調(diào)試達(dá)到上位機(jī)自由控制水下平臺(tái)在水下穩(wěn)定行走并可以進(jìn)行前進(jìn)后退、上下潛浮、左右轉(zhuǎn)向等的工作，以及水下平臺(tái)在水下采集水中環(huán)境的信息并發(fā)送水下數(shù)據(jù)到上位機(jī)，并由上位機(jī)進(jìn)行處理并顯示與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)水下養(yǎng)殖與檢測(cè)設(shè)備研究奠定基礎(chǔ)。研究目標(biāo)：本設(shè)計(jì)采用STC89C52系列單片機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試并完成水下行走平臺(tái)與上位機(jī)軟件通訊、以及水下行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。選擇較為合適的無(wú)線通信模塊，并完成上下位機(jī)的通訊。包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，穩(wěn)壓電源模塊的設(shè)計(jì)，以及舵機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，調(diào)試并完成整體性能要求以配合整體機(jī)械結(jié)構(gòu)完成水下行走的目標(biāo)。 2． 設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制電路。需要設(shè)計(jì)水下平臺(tái)行進(jìn)的推動(dòng)渦輪機(jī)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)，及水下行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向及下沉上浮機(jī)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)，使整個(gè)機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定在水下行走。但是目前國(guó)內(nèi)外研究的水下機(jī)器人、潛水器等設(shè)備大多是應(yīng)用在科研和
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