半自动有缆ROV电子监控系统研制导导 师：师：答辩人：答辩人：硕士论文答辩2015.3.12报告提纲报告提纲课题的研究背景与意义课题的研究背景与意义国内外研究现状与发展趋势国内外研究现状与发展趋势系统整体设计系统整体设计方案设计方案设计系统调试与结果分析系统调试与结果分析总结与展望总结与展望一、课题的研究背景与意义一、课题的研究背景与意义陆地资源越来越匮乏，而海洋的资源储备极其丰富，传统设备无法满足对海洋资源大开发的要求。由于人类自身的限制，不能进行复杂的水下环境作业。加快海洋资源的勘探和开发，推进经济的可持续发展。促进海洋经济、海洋产业和海洋高科技的快速发展。代替人类进行水下作业，扩张水下活动领域。二、国内外研究现状与发展趋势二、国内外研究现状与发展趋势未来水下机器人会朝着智能化、小型化和可视化等方向发展。日本日本美国美国“海马海马”号号2.1 2.1 设计指标设计指标响应USB控制手柄，控制水下ROV运动本体。根据电子罗盘反馈，自动控制朝设定方向运动。PC上位机能实时显示水深、航向角、温湿度及图像信息。水上主控板能调节水下LED灯亮度、 切换前后摄像头等。三、系统整体设计三、系统整体设计四、方案设计四、方案设计硬件设计4.1、水上主控板方案4.2、水上主控板硬件4.3、水下数据采集板方案4.4、水下数据采集板硬件 软件设计4.5、系统软件架构图4.6、电缆传输协议设计4.7、水下软件系统4.8、水上软件系统 4.14.1、水上主控板方案、水上主控板方案4.24.2、水上主控板硬件、水上主控板硬件电源模块、串口电路电源模块、串口电路电源模块: 12V- 5V - 3.3V 串口串口电路：路：MAX32324.24.2、水上主控板硬件、水上主控板硬件USBUSB接口电路、接口电路、LEDLED控制电路控制电路USB接口接口电路：路： CH374 LED控制控制电路：路： 4.24.2、水上主控板硬件、水上主控板硬件控制器、控制器、485485通信电路通信电路控制器控制器STM32+485通信通信电路：路：4.24.2、水上主控板硬件、水上主控板硬件电机驱动模块电机驱动模块原理图：电源电路+驱动电路 实物图：4.24.2、水上主控板实物图、水上主控板实物图USB接口接口485通信通信接口接口电源电源接口接口为为电机模块接口电机模块接口视频接口视频接口串口串口LED控制控制4.34.3、水下数据采集板方案、水下数据采集板方案4.44.4、水下数据采集板硬件、水下数据采集板硬件电源模块、接口电路电源模块、接口电路电源模源模块: 24V- 12V - 3.3V 电子子罗盘接口接口电路路:4.44.4、水下数据采集板硬件、水下数据采集板硬件温湿度电路、温湿度电路、LEDLED驱动电路、切换电路驱动电路、切换电路温湿度采集温湿度采集电路（路（SHT11）+LED驱动电路（路（IRF7240）+继电器切器切换电路：路：4.44.4、水下数据采集板硬件、水下数据采集板硬件控制器、控制器、485485通信电路通信电路控制器控制器STM32+485通信通信电路：路：4.44.4、水下数据采集板实物图、水下数据采集板实物图电子罗盘模块电子罗盘模块视频供电视频供电LED接口接口485通信接口通信接口视频接口视频接口4.54.5、系统软件架构图、系统软件架构图4.64.6、电缆传输协议设计、电缆传输协议设计传感器数据帧协议：传感器数据帧协议：#,xxx.x,xx.x,xx,xxx,xxx,xxx,55*,nr功能：功能：将水下传感器的数据传送到水上，包括水深、温湿度、航向角以及倾角。控制指令帧协议：控制指令帧协议：由水上发送到水下LC，xx，x，nr 水下LED灯调节指令CC，x，nr 前后摄像头选择指令4.74.7、水下系统软件设计、水下系统软件设计水深数据读取水深数据读取水深数据读取软件流程：采集测深仪的输出模拟电压值将模拟量转换成数字量程序判断滤波去除异常数据将最终水深结果存于内存4.74.7、水下系统软件设计、水下系统软件设计温湿度测量温湿度测量一次温度测量软件流程（湿度测量类似）：上电等待温湿度模块进入休眠状态配置状态寄存器发送温度测量指令等待测量结束数据计算处理及存储4.74.7、水下系统软件设计、水下系统软件设计电子罗盘数据读取电子罗盘数据读取电子罗盘数据读取流程：电子罗盘模块初始化配置采用延迟的方法等待数据准备就绪利用公式对罗差引起的误差进行修正，利用校正法去除硬磁带来的影响保存校正后的数据 = A + Bsin + Ccos + Dsin(2) + Ecos(2) c = 4.84.8、水上系统软件设计、水上系统软件设计手柄数据读取手柄数据读取完成的功能：能够识别USB控制手柄的插入与拔出根据指示灯能判断程序初始化是否准备就绪读取USB手柄数据，实时识别手柄的不同按键4.84.8、水上系统软件设计、水上系统软件设计ROV运动控制运动控制实现的功能：读取手柄数据根据不同按键执行不同控制程序若没有按下运动模式切换键，则实现手动控制ROV4.84.8、水上系统软件设计、水上系统软件设计ROV自动控制自动控制实现的功能：若按下运动模式切换键，则实现自动控制根据设定航向角与实测航向角的差值，利用PID控制算法，调节相应推进器的转速，从而达到纠正航行方向的目的结合手动控制，从而实现可灵活切换的半自动控制五、系统调试与结果分析五、系统调试与结果分析ROV运动本体运动本体电缆电缆水上主控板水上主控板USB手柄手柄电源适配器电源适配器五、系统调试与结果分析五、系统调试与结果分析 上图为串口助手测试上 行和下行通信数据，左图 为上位机实时数据显示 五、系统调试与结果分析五、系统调试与结果分析室外环境调试，实现ROV运动控制：视频 六、总结与展望六、总结与展望总结：总结：设计以STM32单片机为控制核心的半自动有缆ROV电子监控系统实现水下传感器数据的采集、水下设备的控制、ROV的手动和自动控制通过上位机监视软件，实时监视来自水下ROV运动本体的图像信息及运动状态六、总结与展望六、总结与展望展望：展望：整合水上主控板和水下数据采集板，避免驱动电流远距离传输的损耗优化控制算法，使ROV半自动控制更加高效考虑在手动控制时加入自动控制功能，使其操作趋于简单化实现移动终端的可视化控制