[发明专利]自主导航式水下机器人运行异常自检及数据传输系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可以搭载水质检测传感器的自主导航式水下机器人运行异常自检及数据传输系统及方法，采用基于DSP的运行异常自检和控制模块与802.11以太网无线通信相结合的技术获取水下机器人运行异常信号，以及搭载的水质传感器工作正常与否的数据，并进行自检。属于信号处理与自动化检测技术领域。 

背景技术

随着国民经济的飞速发展，工业生产规模的扩大，面对水体环境保护的严峻的现状，部分城市安装了一些水质自动检测设备，很大程度上提高了检测频率和检测数据的准确性及时效性。我国的环境监测体系也相继经历了被动监测、主动监测和自动在线监测三个阶段。但是水下环境错综复杂，存在极大的不确定性和无法预测性，AUV应对复杂环境的检测精度提出了更高的要求。 

纵观国内现有的机器人水质检测系统的数据分析与处理系统，仍存在以下不足：第一，GPS无法穿透水面对机器人精确定位，而水下机器人需要长时间在水下进行导航和定位；第二，现有的AUV水质检测通常工作在比较温和的环境下，对于复杂水面环境下测量的水质参数的准确性无法保证，尤其是机器人一旦出现故障，很可能通信中断导致基站无法控制，因而工作效率低，实效性较低；第三，部分联网的系统存在的问题也较多，主要表现为现有系统运行不稳定，故障率高，无法满足高性能、稳定性的要求;数据传输方式落后，成本较高，在监测数据采集与监控模式、广域接入远程通信、系统容错、系统长期稳定性、数据处理分析与管理、环境决策支持等方面还存在诸多缺陷和不足；第四，水下检测和陆地基站的通信系统较为简单，只停留在数据的传递、查询检索和统计功能上，并未转化为相关工作人员所需要的用来分析和决策的数据。 

发明内容

发明目的：为了解决以上不足，本发明开发了一套自主导航式水下机器人运行异常自检及数据传输系统，设计了基于DSP的运行异常自检和控制模块，能够更加有效准确地获取数据，以及构建一套完备的数据库系统，并采用基于802.11g的以太网通信方式传输到岸基设备上。采用VS2008软件，自主研发了实时在线分析水下机器人运行是否处于正常态的专用通信系统软件，供水下机器人操作人员使用。软件采用C语言开发，GUI部分使用MFC编写，程序中图像视频处理算法采用OpenCV视觉库中的处理算法作为基础进行开发，软件中的FFT运算采用FFTW3.2开发包。 

技术方案：一种自主导航式水下机器人运行异常自检及数据传输系统，包括基于DSP的运行异常自检和控制模块、无线通信网络和水质参数通信模块；水质参数通信模块包括传感器和RS232异步串行通信接口；所述基于DSP的运行异常自检和控制模块通过RS232异步串行通信接口与水下机器人内置计算机互联，基于DSP的运行异常自检和控制模块将测出的自检信息通过RS232传给水下机机器人内置计算机，水下机机器人内置计算机通过无线通信网络把自检信息发给水上移动基站；自检信息就是二进制数字0和1，如果自检信息为0，水上移动基站就认为水下机机器人当前出现异常，水上移动基站发出当前测试异常信号，以便工作人员确认当前获得数据是否为水下机器人各个正常工作下获得的； 

所述无线通信网络运用802.11无线通信协议使水下机器人和水上移动基站数据通信，传递水下机器人当前测试数据，同时携带自检信息以便工作人员确认当前获得数据是否为机器人各个正常工作下获得的；所述水质参数通信模块用于数据传递和分析，包括VectorMap、SonarMap和UnderWaterImageShow三个部分，通过软件界面实时更新的数据可以清晰得知当前测得的水质检测参数及机器人是否处于正常工作状态。

1）所述基于DSP运行异常自检和控制模块安装在水下机器人内部，通过RS232异步串行通信接口与水下机器人的控制转换器交换数据信息，水下机器人的控制转换器与水下机器人水下载体通过RS－485交换状态数据，并结合自适应滤波器FIR对采集数据进行在线分析，检测是否发生异常； 

通常水下机器人工作异常表现为：①水上移动基站设备在预设时间内获取不到水质参数数据；②水上移动基站设备安装的软件界面上相邻时间间隔内显示的数据突变异常，并且多次在同一区域测试数据频繁突变，不稳定；

一旦出现异常，则基于DSP运行异常自检和控制模块告知水上移动基站当前水下机器人工作状态异常，水上移动基站当前读取的数据无效，强制唤回水下机器人回到基站，等待修复。