基于dsp的水上智能機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水質(zhì)監(jiān)測與水體采樣領(lǐng)域，涉及用于水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測的水上智能機(jī)器人，具體為基于DSP的水上智能機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]水是生命之源，然而，地球上可用的淡水資源卻又是十分有限。隨著我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的迅猛發(fā)展，水資源日益緊缺，水污染日益加重，這極大的威脅到人們的身體健康，制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甚至威脅到國家的長治久安。水資源保護(hù)與合理利用變得尤為重要。
[0003]水質(zhì)監(jiān)測被稱為水資源保護(hù)的“眼睛”，是水資源保護(hù)和管理必不可少的組成部分，可為水環(huán)境研宄、治理、污染控制等提供重要、直接的科學(xué)依據(jù)。通過對水環(huán)境中污染物及污染因素進(jìn)行監(jiān)測，評價污染物產(chǎn)生的原因及污染途徑，對水污染問題進(jìn)行鑒別和評估，為污染防治提供技術(shù)支持。
[0004]目前我國的水質(zhì)監(jiān)測主要有實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測、自動監(jiān)測站監(jiān)測和移動監(jiān)測這三種形式。
[0005]實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測是通過設(shè)置某些斷面定時定點(diǎn)瞬時取樣，然后將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行儀器分析，分析精度高，能夠反映漸變性的水質(zhì)污染情況，但監(jiān)測周期長，勞動強(qiáng)度大，數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俣嚷?，難以保證所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性，對突發(fā)性污染難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測。
[0006]自動監(jiān)測站是設(shè)立在河流、湖泊、水庫、飲用水源地、地下水觀測點(diǎn)、近岸海域等流域內(nèi)的現(xiàn)場水質(zhì)自動監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室，可用于連續(xù)自動監(jiān)測被測水體的水質(zhì)變化情況，客觀地記錄水質(zhì)狀況，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常變化，為水環(huán)境管理部門提供技術(shù)服務(wù)的目的，但建設(shè)一個自動監(jiān)測站成本較高，需要建造專門的廠房，同時在線水質(zhì)分析儀器價格也昂貴，因而在同一水源中所建的自動監(jiān)測站數(shù)量少，而且由于監(jiān)測站位置固定，所以監(jiān)測范圍也較小，不能全面反映水質(zhì)狀況。
[0007]移動監(jiān)測主要用于發(fā)生突發(fā)性污染后的應(yīng)急監(jiān)測和平時周期性的水質(zhì)巡檢，通常有兩種方式:一是工作人員以移動水質(zhì)監(jiān)測車或者移動水質(zhì)監(jiān)測船為工具，到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行水樣采集和分析。二是遙控搭載水質(zhì)檢測傳感器的移動平臺到指定水域?qū)λ|(zhì)進(jìn)行采樣并分析。移動監(jiān)測具有成本低、靈活性好、測量及時、覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]由于近年來，我國環(huán)境污染嚴(yán)重，對一些復(fù)雜惡劣的特殊自然環(huán)境的觀察和測量就顯得尤為重要，如含有豐富水草和水面植物的低洼沼澤地。目前國內(nèi)外對此領(lǐng)域的研宄比較多，但實(shí)際應(yīng)用卻有很大發(fā)展空間?，F(xiàn)在的測量船測量水域主要集中在湖泊、河流和海洋，行駛過程中避開障礙物都是通過人為控制，依靠傳統(tǒng)的航舵改變方向和驅(qū)動船體不能通過低洼及長有水生植物的水域，傳統(tǒng)的船體在lm/s的航速下避開障礙物的時間需要6s左右，停船時間需要Ils以上，特別在有霧能見度差的水域幾乎不能使用。因此，在有霧等惡劣天氣下，淺灘、沼澤等復(fù)雜危險水域，傳統(tǒng)監(jiān)測形式無法完成，研宄新的監(jiān)測方法是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP的水上智能機(jī)器人，用于完成惡劣天氣下，淺灘、沼澤等復(fù)雜危險水域的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測任務(wù)。本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]基于DSP的水上智能機(jī)器人，其特征在于包括:用于在水中行駛的船體；
[0011]超聲波避障模塊，用于檢測阻礙機(jī)器人行駛的障礙物；
[0012]數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時采集環(huán)境數(shù)據(jù)、以及待測水域水質(zhì)樣本；
[0013]圖像采集模塊，用于實(shí)時采集圖像數(shù)據(jù)；
[0014]快速反應(yīng)模塊，用于為機(jī)器人躲避障礙物提供快速反應(yīng)動力；
[0015]天線傳輸模塊，用于完成機(jī)器人與控制終端的數(shù)據(jù)傳輸；
[0016]三相電機(jī)控制模塊，用于為機(jī)器人水中行駛提供動力及方向控制；
[0017]電源管理模塊，用于為機(jī)器人提供工作電源；
[0018]DSP核心控制器模塊，用于作為機(jī)器人中央處理單元；
[0019]上述所有模塊均安裝在船體上，所述超聲波避障模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像采集模塊、快速反應(yīng)模塊、天線傳輸模塊、三相電機(jī)控制模塊、電源管理模塊均與DSP核心控制器模塊相連接，但各模塊之間相互獨(dú)立，所述DSP核心控制器模塊用于各模塊的控制調(diào)度和各模塊采集數(shù)據(jù)處理，保證機(jī)器人的穩(wěn)定工作。
[0020]本發(fā)明中，所述超聲波避障模塊包括發(fā)送通道和接收通道；由DSP核心控制器模塊產(chǎn)生矩形脈沖信號，發(fā)送通道將脈沖信號功率放大后驅(qū)動超聲波發(fā)生器發(fā)送超聲波；接收通道接收反射回來超聲波，經(jīng)過前置放大濾波后，經(jīng)過檢波器，得到接收信號傳輸給DSP核心控制器模塊，由DSP核心控制器模塊根據(jù)接收信號計(jì)算確定障礙物方位和距離。
[0021]所述快速反應(yīng)模塊包括兩個快速反應(yīng)控制器，分別部署在船頭部位的船舷兩側(cè)；每個快速反應(yīng)控制器由大功率驅(qū)動電路和直流電機(jī)組成，由DSP核心控制器模塊根據(jù)障礙物方位和距離產(chǎn)生對應(yīng)控制量，控制快速反應(yīng)模塊的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速工作，產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人躲避障礙物。
[0022]所述數(shù)據(jù)采集模塊由多采集通道、模擬開關(guān)、低通濾波器和增益網(wǎng)絡(luò)組成，每個采集通道采集一種數(shù)據(jù)，不同時刻由DSP核心控制器模塊產(chǎn)生通道地址信號控制模擬開關(guān)選擇不同數(shù)據(jù)的采集，經(jīng)過低通濾波器和增益網(wǎng)絡(luò)后，采集數(shù)據(jù)回傳DSP核心控制器模塊。
[0023]所述圖像采集模塊通過CMOS攝像頭實(shí)時采集圖像數(shù)據(jù)，傳輸至DSP核心控制器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0024]所述三相電機(jī)控制模塊采用檢測線圈電流的方式作為控制三相電機(jī)的反饋量，將電流轉(zhuǎn)換為電壓后傳送給DSP核心控制器模塊，同時由DSP核心控制器模塊根據(jù)反饋電信號控制驅(qū)動其三相逆變電路，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的方向控制和穩(wěn)定行駛。
[0025]發(fā)明的有益效果為:
[0026]本發(fā)明采用DSP核心控制器完成機(jī)器人的各模塊控制以及數(shù)據(jù)采集處理功能，集成度，兼容性好，同時各個功能模塊之間相互獨(dú)立，抗干擾能力突出，易于維護(hù)及后期升級；快速反應(yīng)模塊的引入，使本發(fā)明具有靈活性特點(diǎn)，能夠使機(jī)器人在行駛過程中快速完成障礙物躲避；同時，本發(fā)明中采用三相電機(jī)控制模塊，能夠?qū)恿ο到y(tǒng)(三相電機(jī))結(jié)構(gòu)放置在船體上面，依靠驅(qū)動空氣的方式產(chǎn)生前行動力，克服了傳統(tǒng)水中測量器不能通過低洼、沼澤等復(fù)雜水域的缺陷；與現(xiàn)有水中測量工具相比本發(fā)明具有成本低、智能化程度高、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明智能機(jī)器人示意框圖。
[0029]圖3為本發(fā)明DSP核心控制器模塊示意框圖。
[0030]圖4為超聲波避障模塊示意框圖。
[0031]圖5為數(shù)據(jù)采集模塊示意框圖。
[0032]圖6為三相電機(jī)控制模塊示意框圖。
[0033]圖7為快速反應(yīng)控制模塊示意框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035]本實(shí)施例中，基于DSP的水上智能機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示:
[0036]以DSP控制器為中央處理單元，由超聲波避障模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、圖像采集模塊、快速反應(yīng)模塊、天線傳輸模塊、三相電機(jī)控制模塊以及電源管理模塊共同組成，所有模塊都與中央處理器相連接，但各模塊之間相互獨(dú)立。所述的超聲波避障模塊用于檢測機(jī)器人行駛過程中遇到的障礙物，所述的數(shù)據(jù)采集模塊可以實(shí)時采集空氣中CO2濃度，濕度以及采集待測水域中的水質(zhì)樣本，所述快速反應(yīng)模塊用于在機(jī)器人遇到障礙物時提供快速反應(yīng)動力，及時避開障礙物，所述圖像采集模塊用于實(shí)時采集機(jī)載攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，所述天線傳輸模塊用于將采集數(shù)據(jù)及圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂平K端，實(shí)時觀察機(jī)器人周圍情況，所述三相電機(jī)控制模塊用于為整個機(jī)器人在水中行駛提供強(qiáng)勁的動力，所述的電源管理模塊為整個機(jī)器人提供穩(wěn)定的工作電源。
[0037]上述水中智能機(jī)器人，船體長寬125CM*40CM，重量5Kg?8Kg，在行駛過程中超聲波以180°范圍掃描機(jī)器人正前方，當(dāng)機(jī)器人在行駛過程中遇到障礙物時，反射回來的超聲波信號被超聲波接收器接收，經(jīng)過檢波放大后送給DSP處理，DSP控制器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)判斷障礙物的大致距離以及方向，然后產(chǎn)生對應(yīng)占空比的PWM波信號控制快速反應(yīng)模塊對障礙物進(jìn)行躲避；當(dāng)機(jī)器人下水后，由三相電機(jī)提供動力，DSP控制器會根據(jù)傳