机器人数据采集系统设计分析论文
摘要：:AUV内部有着众多的传感器，这就需要建立一个数据采集系统，来进行传感器数据的采集、处理和传输，从而保证AUV整个电控系统的正常运行，完成工作命令。AUV数据采集系统基于DSP处理器，通过I2C通信协议与温湿度传感器和气压传感器进行数据的采集，并负责检测电压电流和舱体的泄露情况,最终通过CAN通信与工控机进行通信。
关键词：AUV；数据采集系统；DSP；传感器；CAN通信
众所周知，海洋蕴藏十分丰富的资源，需要我们去探测和开发，而自水下机器人在探测资源与资源开采中扮演者十分重要的角色。自主式水下机器人（AutonomousUnderwaterVehicles，简称AUV）是水下机器人的一个重要研究领域，在海洋资源探测和军事领域应用十分广泛。AUV在水下工作，其内部传感器采集传输的数据要保证其实时性和可靠性，建立一套完善的数据采集系统成为确保AUV在水下正常作业的一个重要任务。
一、总体设计
本文设计了一套可靠的AUV数据采集系统，在充分考虑了底层和程序算法等因素的影响，采取了成熟可靠的DSP控制方案，其运算能力强，兼容性好，稳定性高，有效的保证了数据的可靠。为保障数据的可靠性，降低数据误差，与传感器的通信采取I2C通信协议；为保障数据的实时性，与上位机的通信采取CAN通信方式，最终数据将会在岸基电脑界面上显示出来。
二、硬件设计
（一）温湿度和气压数据的采集
本设计采用SHT75型温湿度传感器和MS5611-01BA03气压传感器。SHT75单芯片传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。气压传感器是有IC总线接口的高分辨率气压传感器，它包括了一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24位模数转换器。DSP控制器通过I2C通信与传感器连接。
（二）电压电流采集
本设计通过LV25-P传感器和HXN50-P传感器分别采集电池的电压和电流数据。在LV25-P传感器中，待检测电压两端分别连接+HT和-HT，再给LV25-P传感器上电，上电电压Vc为15V，从M端口就可采集到待测电压值。而在LV25-P传感器中，待测电流从待测电流流入端。从流入待测电流流出端流出，供电端给定供电电压，最终从Output中采集到待测电流值。
（三）舱体泄露数据采集
AUV舱内的密封性是保证舱内电控系统正常运行的重要基础，而舱体泄露数据是判断AUV密封性最重要的依据。本设计将以一柔性印刷电路板固定舱体内部，通过电压比较器得到舱内是否进水数据，DSP控制器进而采集到泄露数据。
（四）CAN通信设计
CAN通信在DSP与AUV工控机的通信中占据了至关重要的作用，DSP将采集到的数据经过一系列处理，通过CAN通信传输到上层工控机上，最终在岸基界面上显示出各个数据值。CAN通信具有可靠性高和实时性高的优点，并且通信距离长，最长可达10千米，速率最高可达1Mbps。本设计选用TI公司的CAN收发器，在高低引脚间加一120欧姆的匹配电阻，防止通信干扰。
三、软件设计
如图1软件设计流程图所示，当程序运行时，DSP会通过I2C通讯协议向传感器发送启动时序命令，传感器接收到命令后开始工作，并将数据上传到DSP中；在DSP中对相关数据进行处理，并判断AUV电控系统是否正常工作，之后在检测到上位机发送的查询命令后，将数据通过CAN总线发送到上位机中。
四、结论
本文介绍了一种可靠性高的自主式水下机器人数据采集系统设计，通过大量实验验证，发现本文设计的`系统在数据采集、存储和传输方面具有高可靠性和高实时性，以及抗干扰能力良好的优点，采集到数据误差小，满足AUV在水下正常工作的指标。在AUV的后续研发中，可以在本设计上继续加入新的数据采集点，具有良好的拓展性，而在DSP中移植嵌入式实时操作系统RTOS进一步提高它的实时性将是我们研究的重点。
参考文献
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