本發(fā)明涉及水下機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于人工側(cè)線系統(tǒng)，對于某一特定的仿生機(jī)器人個(gè)體，其可以感知到其鄰近仿生機(jī)器人的擺動(dòng)狀態(tài)，具體包括擺動(dòng)頻率、偏置、幅度；同時(shí)，該仿生機(jī)器人個(gè)體還可以感知到自身相對于其鄰近仿生機(jī)器人的前后距離、左右距離、深度距離、相對偏航角、相對俯仰角、相對翻滾角等相對位置和姿態(tài)信息。

側(cè)線系統(tǒng)是魚類和水生兩棲類動(dòng)物特有的感覺器官。在水下環(huán)境中,由于光線問題水生物視覺功能或多或少喪失作用，此時(shí)水生物的側(cè)線系統(tǒng)作為主要感知器官為水生物提供水環(huán)境信息。

但是，現(xiàn)有的人工側(cè)線系統(tǒng)尚需要解決壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)獲取的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，包括：所述基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)安裝于水下機(jī)器人上，包括：多個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其中，

所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與每個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，用于向一個(gè)或多個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取指令；

每個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別連接多路壓強(qiáng)傳感器，用于通過iic通信方式輪流向每個(gè)路所述壓強(qiáng)傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，并輪詢獲取每路所述壓強(qiáng)傳感器采集的壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)，并將所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進(jìn)行保存；

所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)將接收到的壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至分析平臺，由所述分析平臺根據(jù)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)分析所述水下機(jī)器人在不同模態(tài)下周圍水環(huán)境壓強(qiáng)信息的變化，從而判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模態(tài)。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)采用樹莓派raspberrypi數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，每個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單片機(jī)，所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與每個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過串口連接。

進(jìn)一步，每個(gè)所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接9路壓強(qiáng)傳感器。

進(jìn)一步，所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)留由can通信接口，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的串聯(lián)，形成可拓展的壓強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以形成壓強(qiáng)傳感器陣列。

進(jìn)一步，所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過串口上位機(jī)向所述分析平臺實(shí)時(shí)打印所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以txt文本格式存儲所述壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述單片機(jī)采取位帶方式實(shí)現(xiàn)io的位操作，分時(shí)輪流讀取各壓強(qiáng)傳感器的數(shù)據(jù)線電平，以獲得各個(gè)壓力傳感器的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，為解決水下機(jī)器人的視覺感知喪失的問題提供了一種方案。通過在水下機(jī)器人上安裝壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，機(jī)器人可以感知在不同模態(tài)下周圍水環(huán)境壓強(qiáng)信息的變化,從而判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模態(tài)。本發(fā)明使用數(shù)字壓強(qiáng)傳感器，具有抗干擾、穩(wěn)定性好、靈敏度高、可拓展、可實(shí)時(shí)記錄等優(yōu)點(diǎn)，特別適合水下機(jī)器人的側(cè)線研究。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出一種基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，該系統(tǒng)盡可能多地采集仿生機(jī)器人相對水流運(yùn)動(dòng)時(shí)，采集并存儲周圍水域壓強(qiáng)變化的數(shù)據(jù)，具有抗干擾性、可拓展性、通信速率快、通信可靠性高、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，安裝于水下機(jī)器人上，包括：多個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1～n)和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。

具體地，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與每個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，用于向一個(gè)或多個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取指令。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)采用樹莓派raspberrypi數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，每個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單片機(jī)，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與每個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過串口連接。

每個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別連接多路壓強(qiáng)傳感器，用于通過iic通信方式輪流向每個(gè)路壓強(qiáng)傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，并輪詢獲取每路壓強(qiáng)傳感器采集的壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)，并將壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)進(jìn)行保存。

具體地，單片機(jī)采取位帶方式實(shí)現(xiàn)io的位操作，分時(shí)輪流讀取各壓強(qiáng)傳感器的數(shù)據(jù)線電平，以獲得各個(gè)壓力傳感器的數(shù)據(jù)。

如圖2所示，壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用stm32f405rgt6型號單片機(jī),模擬iic通信協(xié)議，從而讀取壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以接9路壓強(qiáng)傳感器(如圖2所示，型號為ms5803的壓強(qiáng)傳感器)。需要說明的是，上述壓強(qiáng)傳感器的數(shù)量僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明，壓強(qiáng)傳感器的數(shù)量可以根據(jù)用戶設(shè)置進(jìn)行添加。

壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模擬iic通信協(xié)議，從而讀取壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。在硬件設(shè)計(jì)上，9路壓強(qiáng)傳感器共用時(shí)鐘線(scl)，分用數(shù)據(jù)線(sda)，時(shí)鐘線(scl)接4.7k上拉電阻，數(shù)據(jù)線(sda)接1k上拉電阻。軟件設(shè)計(jì)上，單片機(jī)采取位帶方式實(shí)現(xiàn)io的位操作，分時(shí)輪流讀取各壓強(qiáng)傳感器的數(shù)據(jù)線電平，獲得各壓力傳感器的數(shù)據(jù)。

此外，在硬件上，壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)留由can通信接口，以實(shí)現(xiàn)多個(gè)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的串聯(lián)，形成可拓展的壓強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以形成壓強(qiáng)傳感器陣列。

綜上，壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以stm32f405單片機(jī)為核心，連接9個(gè)壓強(qiáng)傳感器。9路壓強(qiáng)傳感器共用時(shí)鐘線(scl)，分用數(shù)據(jù)線(sda)。時(shí)鐘線(scl)接1k上拉電阻(單片機(jī)io驅(qū)動(dòng)能力有限，需通過低阻值電阻上拉產(chǎn)生較大電流，因此這里的scl線上拉電阻采用1k阻值)，數(shù)據(jù)線(sda)接4.7k上拉電阻，最后與單片機(jī)stm32f405連接。同時(shí)，單片機(jī)預(yù)留can線接口，以備增添壓強(qiáng)傳感器的數(shù)量。

數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)將接收到的壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至分析平臺，由分析平臺根據(jù)壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)分析水下機(jī)器人在不同模態(tài)下周圍水環(huán)境壓強(qiáng)信息的變化，從而判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)以txt文本格式實(shí)時(shí)存儲壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)，最終數(shù)據(jù)寫入sd卡。

分析平臺通過wifi網(wǎng)絡(luò)與raspberrypi連接，通過上位機(jī)可直接控制raspberrypi是否開始存儲數(shù)據(jù)。raspberrypi與單片機(jī)通過串口連接，從而發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可隨意增添，以增加壓強(qiáng)傳感器數(shù)量，形成壓強(qiáng)傳感器陣列。其中，分析平臺可以為pc機(jī)。

此外，壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)預(yù)留串口通信接口，可直接通過串口上位機(jī)向pc終端實(shí)時(shí)打印各壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

下面參考圖3，對本發(fā)明的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)進(jìn)行說明。

首先由raspberrypi數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)讀取命令給壓強(qiáng)床安琪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的單片機(jī)stm32f405，單片機(jī)以模擬iic的通信方式，輪流向9組壓強(qiáng)傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，其次單片機(jī)輪詢得到各壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)，最后將所有數(shù)據(jù)回傳raspberrypi數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，并保存到sd卡中。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，為解決水下機(jī)器人的視覺感知喪失的問題提供了一種方案。通過在水下機(jī)器人上安裝壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，機(jī)器人可以感知在不同模態(tài)下周圍水環(huán)境壓強(qiáng)信息的變化,從而判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模態(tài)。本發(fā)明使用數(shù)字壓強(qiáng)傳感器，具有抗干擾、穩(wěn)定性好、靈敏度高、可拓展、可實(shí)時(shí)記錄等優(yōu)點(diǎn)，特別適合水下機(jī)器人的側(cè)線研究。

本發(fā)明實(shí)施例的基于壓強(qiáng)傳感器陣列的人工側(cè)線系統(tǒng)，具有以下有益效果：

(1)各壓強(qiáng)傳感器相互獨(dú)立，互不影響。

(2)系統(tǒng)具有可拓展性，可隨意添加壓強(qiáng)傳感器。

(3)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)向終端打印各壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

(4)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)存儲各壓強(qiáng)傳感器數(shù)據(jù)。

(5)系統(tǒng)采樣速率40hz-140hz。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求極其等同限定。