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专利号: 2022106271092
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低功耗智能水下机器人控制系统,包括模式切换模块、主控制模块、值守控制模块、位置检测模块、电量检测模块、报警模块、推进器电压调节模块和电源模块,其特征在于:模式切换模块用于根据水面控制系统发送的模式切换信号切换水下机器人的工作模式,所述模式切换信号包括航行信号、作业信号、值守信号和救援信号,所述工作模式包括航行模式、作业模式、值守模式和待援模式;

主控制模块在水下机器人处于航行模式、作业模式和待援模式的其中一种工作模式时启动,用于控制水下机器人进行与其工作模式对应的作业并与水面控制系统进行通信;

值守控制模块在水下机器人处于值守模式时启动,用于根据水面控制系统发送的唤醒信号唤醒水下机器人;

位置检测模块用于对水下机器人的位置信息进行检测,根据水下机器人所处的工作模式将所述位置信息上传到主控制模块或值守控制模块,并由主控制模块或值守控制模块生成位置对比结果信号;

电量检测模块用于对水下机器人的内部电量进行检测并生成电量对比结果;

报警模块用于根据接收到的位置对比结果和电量对比结果判断是否需要进行报警操作,如果判断结果为是则进行报警操作;

推进器电压调节模块用于在主控制模块的控制下对推进器电机的电压进行调节;

电源模块用于对水下机器人的各个模块进行供电;

所述模式切换模块包括滤波电路、信号持续时间判别电路和模式选择电路;

所述根据水面控制系统发送的模式切换信号切换水下机器人的工作模式,具体包括以下步骤:A1:通过滤波电路对水声信号进行滤波,提取其中与各个模式切换信号的频率相同的信号;

A2:通过信号持续时间判别电路对提取出的信号进行时间积分,根据时间积分结果判断是否接收到模式切换信号,如果判断结果为是,则将对应的频率信息发送到模式选择电路;

A3:模式选择电路根据接收到的频率信息切换水下机器人的工作模式;

所述值守控制模块包括带通滤波电路、检波电路、能量积分电路、单片机和反馈询问电路;

所述根据水面控制系统发送的唤醒信号唤醒水下机器人具体包括以下步骤:S1:通过带通滤波电路对水声信号进行带通滤波,其中带通滤波的中心频率与唤醒信号的频率相同;

S2:通过检波电路提取经过带通滤波的水声信号的包络电压;

S3:通过能量积分电路对包络电压进行积分,得到预设时间长度的积分电压;

S4:通过单片机将积分电压分别与第一阈值电压和第二阈值电压进行比较,其中第一阈值电压大于第二阈值电压,如果积分电压大于等于第一阈值电压,则单片机控制反馈询问电路向水面控制系统发送反馈信号并启动模式切换模块和主控制模块,如果积分电压小于第一阈值电压并且大于等于第二阈值电压,则单片机控制反馈询问电路向水面控制系统发送询问信号,如果积分电压小于第二阈值电压,则单片机控制值守控制模块保持值守状态;

S5:水面控制系统如果接收到反馈信号,则发送模式切换信号;

S6:水面控制系统如果接收到询问信号且在之前一定时间间隔内发送过唤醒信号,则增大唤醒信号的功率并重新发送唤醒信号;

所述工作模式还包括返航模式,水下机器人处于返航模式时,主控制模块控制推进器电压调节模块,驱动水下机器人向水面控制系统的方向运动;

所述报警操作具体为:

当电量对比结果或位置对比结果存在异常且水下机器人处于值守模式以外的任意一种模式时,报警模块将报警信号发送到主控制模块,由主控制模块向水面控制系统发送报警信号,水面控制系统在接收到报警信号后发送救援信号;

当电量对比结果存在异常且水下机器人处于值守模式时,报警模块将报警信号发送到值守控制模块,值守控制模块唤醒主控制模块和模式切换模块,由主控制模块向水面控制系统发送报警信号,水面控制系统在接收到报警信号后发送救援信号;

当位置对比结果存在异常且水下机器人处于值守模式时,报警模块将报警信号发送到值守控制模块,值守控制模块唤醒主控制模块,由主控制模块启动推进器电压调节模块并进入返航模式。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗智能水下机器人控制系统,其特征在于:水下机器人处于作业模式时,值守控制模块处于休眠状态,其余各个模块处于工作状态;

水下机器人处于航行模式时,模式切换模块、主控制模块、位置检测模块、电量检测模块、报警模块和推进器电压调节模块处于工作状态,其余各个模块处于休眠状态;

水下机器人处于值守模式时,值守控制模块、位置检测模块、电量检测模块和报警模块处于工作状态,其余各个模块处于休眠状态;

水下机器人处于待援模式时,主控制模块、位置检测模块和报警模块处于工作状态,其余各个模块处于休眠状态。

3.根据权利要求1所述的一种低功耗智能水下机器人控制系统,其特征在于:所述信号持续时间判别电路选用高精度时间间隔测量芯片,并在外围电路设置用于校准的高速时钟;

所述信号持续时间判别电路还包括能够自动控制开启时间的振荡器。

4.根据权利要求1所述的一种低功耗智能水下机器人控制系统,其特征在于:所述询问信号中包括积分电压的数值信息;

所述增大唤醒信号的功率,具体为使唤醒信号的增大后的功率与原功率的比值大于等于第一阈值电压与积分电压的比值。

5.根据权利要求1所述的一种低功耗智能水下机器人控制系统,其特征在于:所述电量检测模块包括主芯片、电压监控芯片和隔离芯片;

所述电压监控芯片的工作电压范围为7V 80V,电压监控和电流监控的结果以12位IIC~的数据形式进行传输;

所述隔离芯片为低功耗,支持热插拔的IIC通信协议双向通信非自锁数字隔离器。

6.根据权利要求1所述的一种低功耗智能水下机器人控制系统,其特征在于:所述推进器电压调节模块使用运算放大器芯片将主控制模块输出的PWM信号放大为与推进器电调匹配的PWM信号;

所述推进器电压调节模块还包括外置电阻,用于扩大增益范围,所述增益范围为5~

1000。