基于S5PV210的微型ROV智能控制系统设计课件.ppt

1、毕业论文答辩课题背景及内容课题背景及内容第一部分课题背景景课题背景景The Backgroung相关研研究现状相关研研究现状Related research课题的意义课题的意义The significance我国是一个海洋大国海岸线长约 1.8 万公里，所属海域大约 3 百万平方公里，岛屿海岸线长约为 1.4 万公里。ROV 在我国发展海洋经济、海洋安全和海洋救援中都扮演着重要的角色。课题背景选题背景RESEARCH IDEAS海洋经济海洋救援海洋安全海洋安全国内外相关研究Related researchVideo Ray ExplorerSYSROV MINI 150CSea Botix 号

2、 Sea Lion 2 号水下考古观察作业入门级的小型 ROV国产观测ROV水下搜寻和摄影 ROV课题平台介绍Platform IntroductionAC-ROV 是英国是英国 AC 公司推出的一款便携式观测微型公司推出的一款便携式观测微型 ROVAC-ROVAC-ROV实物图平台介绍Platform Introduction2:智能化不高1:控制不精确3:缺乏对传感器信息处理现有ROV缺点研究意义摒弃原有全手动控制方式，增加智能控制，实现姿态控制和深度控制可对 ROV 本体定向定深运动控制，自动维持当前状态，提高 ROV控制精度，降低ROV的操作难度对微型 ROV 自带模拟视频进行差分传输

3、和数字转换，实现视频显示和存储。增加ROV水下传感器，显示和存储传感器数据，扩展ROV使用场景。以微型 ROV(AC-ROV)机构平台为基础，设计 了 一 套 基 于 S5PV210 处理器的微型ROV 智能控制系统研究意义THE SIGNIFICANCE研究思路及过程研究思路及过程第三部分研究思路课题实现过程RESEARCH IDEASPROJECT PROCESSS系统框架系统设计框图算法实现通常卡尔曼滤波算法姿态解算选择重力加速度计和磁力仪融合角度信息作为观测量。ROV 载体做变速运动时，加速度计实际测量值是重力加速度和运动加速的叠加值。在有磁性矿石附近磁力仪数据也会受到很大干扰。所以本

4、文选择互补滤波的姿态结果作为卡尔曼滤波的观测量。算法框图卡尔曼滤波和互补滤波的融合硬件框图HARDWARE BLOCK系统水下电路框图硬件框图系统水上电路框图系统水上电路框图HARDWARE BLOCK关键电图原理图CRITICAL CIRCUIT模模拟拟视视频频转转换换电电路路系统先通过系统先通过 HPF 滤波器滤除滤波器滤除 ENC-03M 传感器的温度漂移带来的直流变量，然后通传感器的温度漂移带来的直流变量，然后通过过 LPF滤波器滤除传感器谐振频率的噪声，再进行信号放大处理，电路基本处理流程如图滤波器滤除传感器谐振频率的噪声，再进行信号放大处理，电路基本处理流程如图 所示所示但是在类似

5、匀速旋转运动的时候，比如角速度恒定，角速度引起陀螺仪的变化电压不但是在类似匀速旋转运动的时候，比如角速度恒定，角速度引起陀螺仪的变化电压不变，变，V 变成直流，变成直流，ENC-03M 传感器输出将被传感器输出将被 HPF 滤波完全滤除。所以在实际设滤波完全滤除。所以在实际设计电路时，没有采用计电路时，没有采用 HPF滤波。滤波。角角速速度度采采集集电电路路关键电图原理图CRITICAL CIRCUIT软件框图SOFTWARE BLOCK系系统统软软件件框框图图软件环境搭建SOFTWARE ENVIRONMENT重新编译重新编译uboot和内核和内核开源库移植开源库移植交叉编译工具链制作交叉编

6、译工具链制作crosstool-ngLibjpeg-turbo-1.3.1 NFS挂载根文件系统挂载根文件系统 软件环境搭建Uboot和kernelNFS软件实现SORFTWARELibgpeg压缩流程图V4L2应用层流程图图像处理单元软件实现SORFTWARE系统PID控制示意图系统控制单元软件实现SORFTWARE人机交互单元流程图软件实现SORFTWARE动画3D显示流程图ROV机械图软件实现SORFTWARE传感器采集单元流程图系统调试与测试第四部分实验数据实验难点案例分析问题评估DATADIFFICULTIESANALYSISASSESSMENT研究成果ACHIEVEMENTS实验数

7、据DATA数据一数据二数据三数据四电源波纹测试：利用实验室安捷伦 MSO-X 2022A 示波器，选择通道耦合方式滤除直流分量，直接测量叠加在直流电压上的交流纹波电压信号，启用示波器“带宽限制”功能12V 电源波纹 90mV；5V 电源波纹 32m V；3.3V 波纹24m V 和1.8V 波纹 17mv。intel在ATX12V规范中规定，+12V输出纹波峰峰值不得超过120mv，+3.3V+5V纹波峰峰值不得超过50mv，纹波越小电源量就越高。实验数据DATAHMR3500 是 Honeywell 推出的一款高精度三维数字罗盘模块，精度误差小于 1。三维球型转台做相同的三维运动将 HMR3

8、500 输出角度作为标准，对系统算法进行误差分析。系统算法横滚角、俯仰角和偏航角计算误差分别为1.3、1.3和2.2。测试环境实验数据DATA水池测试环境测试场景图水池长3m，宽1m，高1.5m 实验数据DATA主界面灯光控制关闭摄像头切换摄像头图像截图实验数据DATA在 3s ROV 受到外力干扰，5s 偏航到-27，经3s 调整 ROV姿态回复了。稳定后还有 0.3误差，结合系统测量误差，Pitch 实际调节误差为1.6，2s 设置Yaw 目标角度为 75，经 4s 调节，角度基本达到 目标。系统稳定后还有 0.2误差，结合系统测量误差，Yaw 实际调节误差为2.5。角度控制测试户外测试T

9、EST 水池测试主要测试ROV姿态转向和运动控制。测试地点是杭州电子科技大学第二教学楼前，U形水池，水池80*54m。美国天宝高精度GPS与ROV本体固定在一起ROV 基本可以做到转向 90和直线行驶，测试方法测试结果测试环境户外测试TEST湖试主要对ROV深度控制测试以及整个系统进行综合测试。湖试地点是杭州电子科技大学月雅湖，外半径约为70m，内半径约为30m，水深约为3m。深度控制做静态阶跃响应测试。在0.2s的时候ROV开始下潜，经过3.7s的调节，系统稳定后ROV本体深度还在2.50.08m范围波动，说明ROV深度控制误差为0.1m。测试环境户外测试TEST上位机显示ROV控制系统工作

10、正常，ROV高亮LED灯提供光源，水下图像清晰可见。上位机显示当前ROV本体Yaw偏角34，Pithc偏角4，Roll偏角2，下潜深度1.4m，湿度51 RH%，温度温度15.1。测试结果表明，基于S5PV210处理器的微型ROV智能控制系基本实现，满足设计要求。户外测试上位机总结和展望第五部分方案评估系统缺陷PROJECT EVALUATIONSHORTCOMING感谢语Thank you方案评估PROJECT EVALUATION评估一评估三评估四评估二姿态控制传感器处理深度控制控制方式多元化总结系统通过角速度、重力加速度和磁力计融合算法实现姿态测量，通过PID算法实现闭环姿态控制系统通过声呐高度计和压力深度计测量ROV深度，通过PID算法实现闭环深度控制提供上位机实现人机交互，实现定量控制。三维动画的姿态显示让ROV控制更加直观。实现数据的显示和存储，特别是对模拟视频进行转换、显示和存储。1234系统缺陷SHORTCOMING虽然课题实现了ROV控制系统的设计，但是还存在一些不足算法对比分析电机测速反馈脐带电缆干扰