1、基于ARM的水面机器人控制系统研究基于基于ARM的水面机器人控制系统研究的水面机器人控制系统研究毕业论文答辩基于ARM的水面机器人控制系统研究2 目录u研究背景与现状研究背景与现状u系统调试系统调试u总结与展望总结与展望u系统总体设计系统总体设计u系统硬件设计系统硬件设计u系统软件设计系统软件设计基于ARM的水面机器人控制系统研究3研究背景 研究背景l 近年来，我国水域垃圾污染问题日益严重。河道、近海、湖泊、水库等水域漂浮垃圾随处可见l 人工清理：人力、物力以及安全上存在隐患l 垃圾清理船清理：不易清理分散的漂浮物、成本高p 课题来源于浙江省公益技术研究资助项目“可返航充电的水面漂浮垃圾自动清
2、理机器人研制”基于ARM的水面机器人控制系统研究4 国外现状l 主要以美国为首的西方国家，具有起步早，技术成熟，功能齐全，自动化程度也高。美国联合国际船舶trashCat清理船西班牙Beach-Trollers公司研发的solid清理船意大利的GLOBECO公司研发的Dolphin生态清理船5 国内现状 基于ARM的水面机器人控制系统研究“清漂1号”“世纪之光”清理船l 相比国外，国内起步较晚，但是起步高，运用到了比较前沿的技术，比较有名的有704研究所研发的清漂一号，和世纪之光号。但大多是应用于比较大面积的河流，湖泊，对于狭隘的河流，湖泊等就不能很好操作，而且产品功能比较单一等特点基于ARM
3、的水面机器人控制系统研究6 系统总体方案设计l 核心板采用迅为iTop4412核心板，处理器采用三星的Exynos 4412处理器。l 系统主要由信号采集，输出控制，无线通信以及核心控制电路组成基于ARM的水面机器人控制系统研究7 系统硬件电路设计系统总体框图基于ARM的水面机器人控制系统研究8 系统硬件电路设计-电源电路4V，电源管理芯片S5M8767供电基于ARM的水面机器人控制系统研究9 系统硬件电路设计-串口通信电路电平转换GPS接口电子罗盘接口基于ARM的水面机器人控制系统研究10 系统硬件电路设计-电压采集与USB、网络接口设计电压采集USB接口电路网络接口电路基于ARM的水面机器
4、人控制系统研究11 系统软件设计基于ARM的水面机器人控制系统研究12 系统软件设计TCP服务器进程l TCP服务器进程负责上传采集到的数据以及遥控终端的控制命令，TCP服务器进程与信号采集和电机控制进程通过进程间通信数据交换基于ARM的水面机器人控制系统研究13 系统软件设计驱动static struct file_operations adc_dirver .open=adc_open,.read=adc_read,.release=adc_ioctl .owner=THIS_MODULE,;A/D采集的驱动程序接口static struct file_operations PWM_dev
5、fops=.open=Exynos4412_pwm_open,.release=Exynos4412_pwm_close,.unlocked_ioctl=Exynos4412_pwm_ioctl,.owner =THIS_MODULE,;PWM驱动接口基于ARM的水面机器人控制系统研究14 系统软件设计数据采集GPS信号采集AD电量采集基于ARM的水面机器人控制系统研究15 系统软件设计视频采集l USB视频图像采集采用V4L2编程接口实现,v4l2是内核提供给应用程序的音、视频驱动接口基于ARM的水面机器人控制系统研究16 系统软件设计视频传输l 使用TCP建立连接，建立连接后，视频传输采用
6、RTP协议，l 采用三个线程，视频采集线程，视频流传输线程，以及一个主线程用于TCP通信建立连接l 视频传输采用移植开源的JRTPLIB库基于ARM的水面机器人控制系统研究17 系统软件设计视频传输l 使用TCP建立连接，建立连接后，视频传输采用RTP协议，l 采用三个线程，视频采集线程，视频流传输线程，以及一个主线程用于TCP通信建立连接l 视频传输采用移植开源的JRTPLIB库基于ARM的水面机器人控制系统研究18 系统软件设计电机控制推进器控制l 推进器通过电调来驱动，调速是通过改变PWM波的占空比来控制电调实现l 电调工作原理：产生一个50Hz的PWM波，高电平在12ms之间才能调速，
7、在1.5ms电平处于0状态，1ms是反方油门最大，2ms在正向最大油门l 电调使用前都需要发送一个1.5ms高电平脉冲初始化基于ARM的水面机器人控制系统研究19 系统软件设计电机控制推进器直行闭环控制l 推进器通过电调来驱动，调速是通过改变PWM波的占空比来控制电调实现l 电调工作原理：产生一个50Hz的PWM波，高电平在12ms之间才能调速，在1.5ms电平处于0状态，1ms是反方油门最大，2ms在正向最大油门l 电调使用前都需要发送一个1.5ms高电平脉冲初始化基于ARM的水面机器人控制系统研究20 系统软件设计电机控制舵机控制舵机脉宽与转动角度关系基于ARM的水面机器人控制系统研究21
8、 系统调试-GPS模块l 选择在空旷室外l 将GPS模块连接到系统板子对应串口上，网口连接网线与连接无线路由相连l 下载编译好的测试程序到控制板，笔记本连接到无线路由，并使用网络调试助手调试基于ARM的水面机器人控制系统研究22 系统调试-电子罗盘模块l 实验室环境l 将电子罗盘连接到系统板子对应串口上l 下载编译好的测试程序到控制板，连接好调试串口，运行程序基于ARM的水面机器人控制系统研究23 系统调试-视频传输l 空旷室内场地l 将USB摄像头连接到系统板子USB口上，同时网口与无线路由通过网线相连好l 下载编译好的测试程序到控制板，运行程序，在安装好的手机客户端连接到控制板的IP，可以
9、观察到视频图像，l 同时移动手机，测量传输距离，发现在60m左右下手机能够收看到视频基于ARM的水面机器人控制系统研究24 系统调试-电量电量监测监测l 实验室环境l 将12V的锂电池接入到AD采集接口，网线一端接到板子以太网网口上，一端接到无线路由器上l 下载编译好的测试程序到控制板，运行程序，将AD采集到的电池电压通过网络发送到笔记本，通过网络调试助手连接网络调试基于ARM的水面机器人控制系统研究25 系统调试-PWM调试调试l 实验室环境l 将示波器连接到控制板上的引出来为推进器实验的PWM引脚上l 下载编译好的测试程序到控制板，动态加载驱动，运行测试程序，通过示波器观察PWM波形占空比
10、：10%频率：50Hz基于ARM的水面机器人控制系统研究26 系统调试-综合调试l 学校某水池环境进行实验控制仓连接盖密封处理控制系统水池实验基于ARM的水面机器人控制系统研究27 总结与展望总结：1.根据需求，实现了对系统方案设计2.实现了对系统的硬件和软件进行设计3.完成了系统的模块调试和整体的实验调试工作4.实现了多路信号的采集与传输，5.实现了视频的采集与网络传输，通过手机客户端可 以看到摄像头采集的画面，传输距离60m6.实现了手机客户端对水面机器人的遥控展望：1.现阶段实现了视频的传输，距离不够远，需改进，同时 需增加图像识别系统，实现图像的自主识别 2.系统暂未确定垃圾捕获机械装置，后续需进一步改进
