專利名稱：自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可以搭載水質檢測傳感器的自主導航式水下機器人運行異常自 檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及方法，采用基于DSP的運行異常自檢和控制模塊與802. 11以太網(wǎng)無線 通信相結合的技術獲取水下機器人運行異常信號，以及搭載的水質傳感器工作正常與否的 數(shù)據(jù)，并進行自檢。屬于信號處理與自動化檢測技術領域。
背景技術：
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)生產規(guī)模的擴大，面對水體環(huán)境保護的嚴峻的現(xiàn) 狀，部分城市安裝了一些水質自動檢測設備，很大程度上提高了檢測頻率和檢測數(shù)據(jù)的準 確性及時效性。我國的環(huán)境監(jiān)測體系也相繼經(jīng)歷了被動監(jiān)測、主動監(jiān)測和自動在線監(jiān)測三 個階段。但是水下環(huán)境錯綜復雜，存在極大的不確定性和無法預測性，AUV應對復雜環(huán)境的 檢測精度提出了更高的要求。
縱觀國內現(xiàn)有的機器人水質檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與處理系統(tǒng)，仍存在以下不足 第一，GPS無法穿透水面對機器人精確定位，而水下機器人需要長時間在水下進行導航和定 位；第二，現(xiàn)有的AUV水質檢測通常工作在比較溫和的環(huán)境下，對于復雜水面環(huán)境下測量的 水質參數(shù)的準確性無法保證，尤其是機器人一旦出現(xiàn)故障，很可能通信中斷導致基站無法 控制，因而工作效率低，實效性較低；第三，部分聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)存在的問題也較多，主要表現(xiàn)為 現(xiàn)有系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，故障率高，無法滿足高性能、穩(wěn)定性的要求；數(shù)據(jù)傳輸方式落后，成 本較高，在監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控模式、廣域接入遠程通信、系統(tǒng)容錯、系統(tǒng)長期穩(wěn)定性、數(shù)據(jù) 處理分析與管理、環(huán)境決策支持等方面還存在諸多缺陷和不足；第四，水下檢測和陸地基站 的通信系統(tǒng)較為簡單，只停留在數(shù)據(jù)的傳遞、查詢檢索和統(tǒng)計功能上，并未轉化為相關工作 人員所需要的用來分析和決策的數(shù)據(jù)。發(fā)明內容
發(fā)明目的為了解決以上不足，本發(fā)明開發(fā)了一套自主導航式水下機器人運行異 常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，設計了基于DSP的運行異常自檢和控制模塊，能夠更加有效準確 地獲取數(shù)據(jù)，以及構建一套完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并采用基于802.1lg的以太網(wǎng)通信方式傳 輸?shù)桨痘O備上。采用VS2008軟件，自主研發(fā)了實時在線分析水下機器人運行是否處于正 常態(tài)的專用通信系統(tǒng)軟件，供水下機器人操作人員使用。軟件采用C語言開發(fā)，GUI部分使 用MFC編寫，程序中圖像視頻處理算法采用OpenCV視覺庫中的處理算法作為基礎進行開 發(fā)，軟件中的FFT運算采用FFTW3. 2開發(fā)包。
技術方案一種自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括基于 DSP的運行異常自檢和控制模塊、無線通信網(wǎng)絡和水質參數(shù)通信模塊；水質參數(shù)通信模塊 包括傳感器和RS232異步串行通信接口 ；所述基于DSP的運行異常自檢和控制模塊通過 RS232異步串行通信接口與水下機器人內置計算機互聯(lián)，基于DSP的運行異常自檢和控制 模塊將測出的自檢信息通過RS232傳給水下機機器人內置計算機，水下機機器人內置計算機通過無線通信網(wǎng)絡把自檢信息發(fā)給水上移動基站；自檢信息就是二進制數(shù)字O和1，如果 自檢信息為0，水上移動基站就認為水下機機器人當前出現(xiàn)異常，水上移動基站發(fā)出當前測 試異常信號，以便工作人員確認當前獲得數(shù)據(jù)是否為水下機器人各個正常工作下獲得的； 所述無線通信網(wǎng)絡運用802. 11無線通信協(xié)議使水下機器人和水上移動基站數(shù)據(jù)通 信，傳遞水下機器人當前測試數(shù)據(jù)，同時攜帶自檢信息以便工作人員確認當前獲得數(shù)據(jù)是 否為機器人各個正常工作下獲得的；所述水質參數(shù)通信模塊用于數(shù)據(jù)傳遞和分析，包括 VectorMap、SonarMap和UnderWaterImageShow三個部分，通過軟件界面實時更新的數(shù)據(jù)可 以清晰得知當前測得的水質檢測參數(shù)及機器人是否處于正常工作狀態(tài)。
I)所述基于DSP運行異常自檢和控制模塊安裝在水下機器人內部，通過RS232異 步串行通信接口與水下機器人的控制轉換器交換數(shù)據(jù)信息，水下機器人的控制轉換器與水 下機器人水下載體通過RS - 485交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結合自適應濾波器FIR對采集數(shù)據(jù)進行 在線分析，檢測是否發(fā)生異常；通常水下機器人工作異常表現(xiàn)為①水上移動基站設備在預設時間內獲取不到水質參 數(shù)數(shù)據(jù)；②水上移動基站設備安裝的軟件界面上相鄰時間間隔內顯示的數(shù)據(jù)突變異常，并 且多次在同一區(qū)域測試數(shù)據(jù)頻繁突變，不穩(wěn)定；一旦出現(xiàn)異常，則基于DSP運行異常自檢和控制模塊告知水上移動基站當前水下機器 人工作狀態(tài)異常，水上移動基站當前讀取的數(shù)據(jù)無效，強制喚回水下機器人回到基站，等待 修復。
2)無線通信網(wǎng)絡，水上移動基站與水下機器人通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路層采用以太 CSMA/⑶協(xié)議，通信系統(tǒng)的傳輸層采用TCP/IP協(xié)議，并配置24db定向天線確保經(jīng)過無線AP 后的信息能穩(wěn)定地實現(xiàn)遠距離傳輸，如果仍需增加傳輸距離，可以外接一個高增益天線，大 幅度增加網(wǎng)絡覆蓋范圍。為保證數(shù)據(jù)通信的時效性，在應用層自主設計出一套簡潔的數(shù)據(jù) 通信協(xié)議，即雙字節(jié)數(shù)據(jù)低八位(LSB)在前，高八位(MSB)在后，如果水質參數(shù)通信模塊的 各個傳感器輸出“水質參數(shù)信息+高電平FFFF個脈沖”，那么系統(tǒng)默認當前測得的水質參數(shù) 信息數(shù)據(jù)有效，則命令水下機器人內置計算機“水質參數(shù)信息+輸出低電平FFFF個脈沖”; 該數(shù)據(jù)通信協(xié)議將為水面移動基站與水下機器人之間實現(xiàn)快速、準確、可靠、安全的通信。
3)水質參數(shù)通信模塊,還包括 VectorMap、SonarMap 和 UnderWaterImageShow 三個 部分，主要用于數(shù)據(jù)傳遞及運算和顯示。三個軟件均用C語言開發(fā)，功能獨立，同時三者通 過數(shù)據(jù)庫，相互聯(lián)系，VectorMap和UnderWaterImageShow兩者安裝在水上移動基站計算機 上，均含有自行設計的GUI界面，測試任務和基于DSP運行異常自檢和控制模塊的自檢信息 直觀地顯示在CTI界面上；其中，數(shù)據(jù)庫包括兩部分岸基設備數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(存放衛(wèi)星地圖 數(shù)據(jù)、岸基設備對機器人航線、航速、航行深度等初始化數(shù)據(jù)；及傳感器和DSP控制模塊測 試返回的數(shù)據(jù))和水下機器人內置計算機的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(僅僅臨時存放傳感器和DSP控制 模塊測試返回的數(shù)據(jù)，等待被傳送)，所以其主要的數(shù)據(jù)內容有三部分①岸基設備獲取的 衛(wèi)星地圖數(shù)據(jù)、岸基設備對水下機器人航線、航速、航行深度等初始化數(shù)據(jù)；②水下機器人 傳感器獲取的水質參數(shù)，包括水溫、濁度、藍綠藻、葉綠素a、溶解氧、PH、ORP等DSP控 制模塊獲取的機器人工作狀態(tài)是否正常數(shù)據(jù)；VectorMap> SonarMap和UnderWaterImageShow通常顯不出當前水下機器人工作狀況 是否正常及傳感器在不同經(jīng)緯度時測得的各個參量的數(shù)值大小。基站數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)還新增加了數(shù)據(jù)的查詢、備份和清理功能，保證數(shù)據(jù)的實效性。SonarMap安裝在機器人內置計算 機中，實時獲取水下信息。一旦SonarMap反饋給水上移動基站水下機器人異常信息時，水 上移動基站發(fā)出指令要求水下機器人立即返回，進行故障維修，以減少因機器人異常而丟 失廣生的損失。
本發(fā)明采用上述技術方案，具有以下有益效果采用DSP智能自檢和以太網(wǎng)無線 通信技術相結合的方法，自主研發(fā)一套專用軟件系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)精度高，實用性強，智能化 程度高等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明實施例的機器人基于DSP運行異常自檢和控制模塊的電路圖，其 中，Ca)為基于TMS320F28355 DSP芯片自檢系統(tǒng)的硬件模塊DSP核心板部分，(b)為 基于TMS320F28355 DSP芯片自檢系統(tǒng)的硬件模塊電源濾波及相關接口部分，(c)基于 TMS320F28355 DSP芯片自檢系統(tǒng)的硬件模塊電源與濾波部分；圖3為通信系統(tǒng)專用軟件系統(tǒng)框圖；圖4為通信系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括基于DSP的運行異 常自檢和控制模塊、無線通信網(wǎng)絡和水質參數(shù)通信模塊；水質參數(shù)通信模塊包括傳感器和 RS232異步串行通信接口 ；所述基于DSP的運行異常自檢和控制模塊通過RS232異步串行 通信接口與水下機器人內置計算機互聯(lián)，基于DSP的運行異常自檢和控制模塊將測出的自 檢信息通過RS232傳給水下機機器人內置計算機，水下機機器人內置計算機通過無線通信 網(wǎng)絡把自檢信息發(fā)給水上移動基站；自檢信息就是二進制數(shù)字O和I，如果自檢信息發(fā)的O， 水上移動基站就認為水下機機器人當前出現(xiàn)異常，水上移動基站發(fā)出當前測試異常信號， 以便工作人員確認當前獲得數(shù)據(jù)是否為水下機器人各個正常工作下獲得的；所述無線通信網(wǎng)絡運用802. 11無線通信協(xié)議使水下機器人和水上移動基站數(shù)據(jù)通 信，傳遞傳感器采集的水下機器人當前測試數(shù)據(jù)，同時攜帶自檢信息以便工作人員確認當 前獲得數(shù)據(jù)是否為機器人各個正常工作下獲得的；所述水質參數(shù)通信模塊用于數(shù)據(jù)傳遞和 分析，包括VectorMap、SonarMap和UnderWaterImageShow三個部分，通過軟件界面實時更 新的數(shù)據(jù)可以清晰得知當前測得的水質檢測參數(shù)及機器人是否處于正常工作狀態(tài)。
如圖1所示，基于DSP運行異常自檢和控制模塊采用美國德州儀器公司研制的數(shù) 字信號處理器TMS320F28335芯片作為CPU。該芯片集成度很高，片內集成的許多常用外設 節(jié)省了設計難度和電路板面積，提高了 DSP系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。圖2為相應的硬件電 路設計部分，硬件模塊主要包括電源模塊，DSP數(shù)據(jù)處理模塊，RS232串口通信模塊和按鍵 控制模塊等。
如圖2所示，水下機器人ROV與基于DSP運行異常自檢和控制模塊的檢測儀通過 RS232異步串行通信接口進行數(shù)據(jù)傳輸，水質參數(shù)通信模塊傳感器的邏輯控制電路將接收到的數(shù)據(jù)顯示在基站顯示屏上，通過水上基站計算機上的VectorMap軟件實時操控機器人在水中的運動和發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令。采用RS232異步串行通信方式與DSP運行異常自檢和控制模塊中的控制轉換器進行數(shù)據(jù)通信，該控制轉換器再與水下機器人通過RS485進行遠距離數(shù)據(jù)通信。在電路設計中采用MAX232芯片和74CBTD3384芯片構成RS232通信模塊。 外擴存儲器可以使用IS61LV25616芯片，其讀寫周期為10ns，空間大小為O. 5M，既可存放程序代碼，也可存放機器人與DSP運行異常自檢和控制模塊通信的數(shù)據(jù)。
U8是緩沖和電瓶轉換單元。20E和IOE端接地，26、27、29、30、36、37端分別與 22、23、19、20、12、13 端連接，并同時連接到 CANRX1、CANTX, SCIRXDB1、SCITXDB、SCITXDA、 SCIRXDA1 端。Ul I 為 EEPROM 接口 單元，A0、A1、A2 接地，WP、SCL、SDA 分別連接 TMS320F28335 芯片的I0B13、I0B12、I0B11端。U14為CAN總線接口單元，發(fā)送端CANTXl連接+5V電源下拉470 Ω電阻，接收端CANRXl連接+5V電源下拉470 Ω電阻。CANH和CANL分別連接JP6 接口的CANL和CANH接口輸出。MAX202E芯片的TIOUT與PCTXDA連接，RlIN與PCRXDA連接，隨后輸出到COMl 口。MAX202E芯片的T20UT與PCTXDB連接，R2IN與PCRXDB連接，隨后輸出到COM2 口。
系統(tǒng)上電后，水下機器人先進行各個模塊的功能初始化，各個功能模塊進入穩(wěn)定工作狀態(tài)后，系統(tǒng)進入主程序 ，采用自適應有限脈沖響應濾波器FIR模型給水下機器人建模，利用在線實際測量的傳感器信號，對FIR進行在線訓練，針對水下機器人控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程，得到FIR濾波器參數(shù)系列，例如在j時刻，Pj = (Plj，P2j，"十㈦)，在j+1時刻可以得到參數(shù)矢量Pj+Ι，從而得到相鄰時刻的矢量差APj，根據(jù)APj的大小變化速率判斷有無故障。同時觀察計算FIR濾波器的在線信噪比的變化，信噪比數(shù)值出現(xiàn)跳變時，則判斷有故障存在。
專用軟件部分的設計如圖3，軟件部分主要模塊包括移動基站數(shù)據(jù)庫處理模塊、 AUV (水下機器人)內置計算機及數(shù)據(jù)庫單元、無線通信網(wǎng)絡。移動基站數(shù)據(jù)庫處理模塊中， 以PC機為信息處理平臺，在C#環(huán)境下建立SQLServerfOOO數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分為兩類 VectorMap對機器人進行航線設置的數(shù)據(jù)，機器人航行的初始速度和預訂的航行深度，初始化數(shù)據(jù)由RS232無線串口從基站傳送到AUV內置計算機；UnderWaterImageShow無線接收的水下機器人測試數(shù)據(jù)，并獲取DSP進行異常自檢的數(shù)據(jù)信息，隨后對其進行分析計算，如果軟件如果判斷當前無異常，則把水質參數(shù)的數(shù)據(jù)分別匹配到相應的經(jīng)緯度，軟件繪制該區(qū)域的等高線圖，標注各個經(jīng)緯度的參數(shù)。如果判斷當前數(shù)據(jù)存在異常，則再次發(fā)送指令給水下機器人內置計算機，命令其立即返回基站。
自主研發(fā)的一套軟件系統(tǒng)在軟件模塊上包含三部分VectorMap (矢量軟件)、 UnderffaterImageShow (水下測量數(shù)據(jù)顯示信息)和SonarMap (水下機器人內置計算機參數(shù)獲取軟件)三部分，前兩者安裝在基站計算機上，SonarMap安裝在機器人上，VectorMap> UnderffaterImageShow和SonarMap它們之間的信息傳遞借助于802. 11以太網(wǎng)實現(xiàn)遠距離信息傳輸。機器人內部主要有的核心模塊是機器人計算機處理中心、基于DSP的運行異常自檢和控制模塊、水質參數(shù)傳感器檢測模塊和水質參數(shù)通信模塊。
如圖4顯示了系統(tǒng)頂層內部軟件之間的數(shù)據(jù)流圖，整個數(shù)據(jù)流圖顯示了軟件和基于DSP的運行異常自檢和控制模塊、無線通信網(wǎng)絡和水質參數(shù)通信模塊協(xié)調工作的過程。 軟件系統(tǒng)控制以上模塊的主要過程為①VectorMap (矢量軟件)根據(jù)自身獲取的衛(wèi)星地圖信息尋找機器人要執(zhí)行任務地區(qū)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、機器人測試停留時間、航速，然后通過 RS232或無線wifi初始化機器人，機器人通過串口接收到初始信息后，傳遞到機器人內置計算機數(shù)據(jù)庫。②機器人接收的以上初始化信息再傳送到內置計算機數(shù)據(jù)庫，同時也初始化SonarMap軟件，機器人開始執(zhí)行任務。SonarMap將各個經(jīng)緯度的水質參數(shù)信息、基于DSP 的運行異常自檢和控制模塊自檢信息間歇性告知機器人內置計算機數(shù)據(jù)庫。如果機器人獲取數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常(如數(shù)據(jù)突然中斷、數(shù)據(jù)階段性跳躍不定)等情況，則在機器人到下一個測試點之前先浮出水面借助于802.1lg以太網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡實時將測試數(shù)據(jù)傳送到基站計算機，如果機器人工作發(fā)生異常，則在下一個測試點之前，機器人將當前異常信息傳送到基站計算機，基站計算機理解發(fā)送命令以無線的方式告知機器人停止執(zhí)行任務，返回基站。 ③在水下機器人內部控制模塊中，基于DSP的運行異常自檢和控制模塊采用RS232串口通信方式與水下機器人計算機的控制轉換器進行數(shù)據(jù)通信。
無線通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)鏈路層使用位于以太網(wǎng)MAC層的CSMA/CA(CarrierSenseMulti pleAccesswithColIisionDetection,帶沖突檢測的載波檢測多路訪問)協(xié)議。當一個節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，以太網(wǎng)先監(jiān)聽信道是否被占用。若信道處于忙時，以太網(wǎng)持續(xù)等待至信道空閑時才發(fā)送數(shù)據(jù)；若信道處于空閑狀態(tài)，以太網(wǎng)立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。如果兩個或更多節(jié)點同時監(jiān)聽信道空閑并發(fā)送數(shù)據(jù)，將發(fā)生沖突。當沖突被檢測到，節(jié)點停止沖突數(shù)據(jù)的發(fā)送， 并等待一段隨機長度的時間后再次監(jiān)聽信道，判斷是否重發(fā)數(shù)據(jù)。每次等待的時間由BEB (BinaryExponentialBackoff, 二進制回退算法)回退算法確定,在第10次回退后,等待時間為一固定值。第16次回退后，節(jié)點停止動作并報錯。每個發(fā)送節(jié)點都必須運行上述算法載波檢測多路訪問)協(xié)議區(qū)域處理平臺接收連接到區(qū)域處理平臺的各個監(jiān)控點的視頻信號， 這些數(shù)據(jù)均是由對應的視頻分析前置模塊發(fā)送。本系統(tǒng)中，為水面移動基站與水下機器人之間實現(xiàn)快速、準確、可靠、安全的通信， 在應用層自定了一套簡潔的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，雙字節(jié)數(shù)據(jù)低八位(LSB)在前，高八位(MSB)在后，如果水質參數(shù)通信模塊的各個傳感器輸出“水質參數(shù)信息+高電平FFFF個脈沖”，那么系統(tǒng)默認當前測得的水質參數(shù)信息數(shù)據(jù)有效，則命令水下機器人內置計算機“水質參數(shù)信息+輸出低電平FFFF個脈沖”。
1.控制DSP的TMS320F28335芯片處理器發(fā)送3100LSBMSB FFSADMK 06 LSBMSB CRC 接收無例如發(fā)送31000500 FFOOOO07 FFxxxx 34接收無發(fā)送31000500FF110105FFFFFF34// 輸出高電平 FFFF 個脈沖發(fā)送31000500FF11010500FFFFCA// 輸出低電平 FFFF 個脈沖接收01020400FF0100070B2.采集水質參數(shù)溶解氧模擬量包頭數(shù)據(jù)長度用戶數(shù)據(jù)短地址模擬量31000200FF01000117發(fā)送3100LSBMSB FFSADMK 01 CRC 接收3100LSBMSB FFSADMK 01LSBMSBLSBMSB3.輸出水質參數(shù)溶解氧模擬量發(fā)送3100LSBMSB FFSADMK 02LSBMSBLSBMSBCRC 接收無4.采集當前傳感器狀態(tài)信息數(shù)字量 發(fā)送3100LSBMSB FFSADMK CDCRC 接收3100LSBMSB FFSADMK CDSBCRC5.輸出當前傳感器狀態(tài)信息數(shù)字量 發(fā)送3100LSBMSB FFSADMK 04SBCRC 接收無例如發(fā)送31000810 FF0100 04 OF FC接收無發(fā)送31000800FF0100040FFC 接收31000800FF010098CRC
權利要求
1.一種自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括基于 DSP的運行異常自檢和控制模塊、無線通信網(wǎng)絡和水質參數(shù)通信模塊；所述水質參數(shù)通信模塊包括傳感器和RS232異步串行通信接口 ；所述基于DSP的運行異常自檢和控制模塊通過RS232異步串行通信接口與水下機器人內置計算機互聯(lián)，基于DSP的運行異常自檢和控制模塊將測出的自檢信息通過RS232傳給水下機機器人內置計算機，水下機機器人內置計算機通過無線通信網(wǎng)絡把自檢信息發(fā)給水上移動基站；所述無線通信網(wǎng)絡運用802. 11無線通信協(xié)議使水下機器人和水上移動基站數(shù)據(jù)通信；所述水質參數(shù)通信模塊用于數(shù)據(jù)傳遞和分析，包括VectorMap、SonarMap和 UnderffaterImageShow三個部分，通過軟件界面實時更新的水質檢測參數(shù)及確定水下機器人的工作狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于自檢信息用二進制數(shù)字O和I作為標志，如果自檢信息為O,水上移動基站就認為水下機機器人當前出現(xiàn)異常，水上移動基站發(fā)出當前測試異常信號；反之，若自檢信息始終為 1，則正常獲取機器人傳送到基站的水質參數(shù)信息。
3.如權利要求1所述的自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述基于DSP運行異常自檢和控制模塊安裝在水下機器人內部，通過RS232異步串行通信接口與水下機器人的控制轉換器交換數(shù)據(jù)信息，水下機器人的控制轉換器與水下機器人水下載體通過RS - 485交換狀態(tài)數(shù)據(jù)，并結合自適應濾波器FIR對采集數(shù)據(jù)進行在線分析，檢測是否發(fā)生異常；一旦出現(xiàn)異常，則基于DSP運行異常自檢和控制模塊告知水上移動基站當前水下機器人工作狀態(tài)異常，水上移動基站當前讀取的數(shù)據(jù)無效，水上移動基站強制喚回水下機器人回到基站。
4.如權利要求1所述的自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于無線通信網(wǎng)絡中，水上移動基站與水下機器人通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路層采用以太 CSMA/CD協(xié)議，通信系統(tǒng)的傳輸層采用TCP/IP協(xié)議，并配置24db定向天線，如果仍需增加傳輸距離，外接一個高增益天線；同時在應用層設計出一套數(shù)據(jù)通信協(xié)議，即雙字節(jié)數(shù)據(jù)低八位在前，高八位在后，如果水質參數(shù)通信模塊的各個傳感器輸出“水質參數(shù)信息+高電平 FFFF個脈沖”，那么系統(tǒng)默認當前測得的水質參數(shù)信息數(shù)據(jù)有效，則命令水下機器人內置計算機“水質參數(shù)信息+輸出低電平FFFF個脈沖”。
5.如權利要求1所述的自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于水質參數(shù)通信模塊還包括VectorMap、SonarMap和UnderWaterImageShow三個部分，主要用于數(shù)據(jù)傳遞及運算和顯不；VectorMap、SonarMap和UnderWaterImageShow通過移動基站數(shù)據(jù)庫相互聯(lián)系，VectorMap和UnderWaterImageShow兩者安裝在水上移動基站計算機上，均包括GUI界面，測試任務和基于DSP運行異常自檢和控制模塊的自檢信息直觀地顯示在⑶I界面上；SonarMap安裝在機器人內置計算機中，實時獲取水下信息；一旦 SonarMap反饋給水上移動基站水下機器人異常信息時，水上移動基站發(fā)出指令要求水下機器人立即返回。
6.如權利要求5所述的自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于移動基站數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分為VectorMap對水下機器人進行航線設置的數(shù)據(jù)和UnderWaterImageShow無線接收的水下機器人通過傳感器采集到的測試數(shù)據(jù)兩類；VectorMap對水下機器人進行航線設置的數(shù)據(jù)VectorMap對水下機器人進行航線設置的數(shù)據(jù)，水下機器人航行的初始速度和預訂的航行深度，初始化數(shù)據(jù)由RS232異步串行通信接口從基站傳送到水下機器人內置計算機；UnderWaterImageShow無線接收的水下機器人通過傳感器采集到的測試數(shù)據(jù)，并獲取基于DSP運行異常自檢和控制模塊進行異常自檢的自檢信息，隨后對自檢信息進行分析計算；如果判斷當前無異常，則把傳感器采集到到水質參數(shù)的數(shù)據(jù)分別匹配到相應的經(jīng)緯度，繪制該區(qū)域的等高線圖， 標注各個經(jīng)緯度的參數(shù)；如果判斷當前數(shù)據(jù)存在異常，則再次發(fā)送指令給水下機器人內置計算機，命令其立即返回基站。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自主導航式水下機器人運行異常自檢及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用基于DSP的運行異常自檢和控制模塊與802.11以太網(wǎng)無線通信相結合的技術檢測水下機器人運行異常與否，搭載的水質傳感器獲取多種水質參數(shù)，由于DSP的運行異常自檢和控制模塊的實時檢測，可確保獲取更加有效而準確的水質參數(shù)。它特別適用于因水質參數(shù)比較多、測試點多、通信距離遠而導致的數(shù)據(jù)信息比較大的水質檢測系統(tǒng)，即使水下環(huán)境復雜或者AUV發(fā)生異常也能及時通知基站做出應對決策。
文檔編號G01N33/18GK102999047SQ20121052119
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權日2012年12月7日
發(fā)明者王鑫, 顧慧, 石愛業(yè), 王慧斌 申請人:河海大學