導語：如何才能寫好一篇水下通訊技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1989年美國人Henry Stommel提出了用一種能夠在水下作滑翔運動的浮標進行海洋環(huán)境調(diào)查的設想[1]，它可以提供較高的空間和時間的密度測量、持續(xù)時間長的使命執(zhí)行和更加靈活的操作，這就是水下滑翔機器人的最初概念。

與當前用于海洋環(huán)境監(jiān)測的浮標相比，水下滑翔機器人具有很高的機動性和可控性，具有大約5KG有效負載能力，可以根據(jù)作業(yè)需要安裝各種專用的傳感器，完成各種作業(yè)任務。

2 控制系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)

硬件結構主要分為水面控制系統(tǒng)和水下控制系統(tǒng)兩部分。

2.1 水面控制系統(tǒng)硬件

水面控制系統(tǒng)包括：主控計算機、操控系統(tǒng)、跟蹤定位系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、與水下的通信接口和臍帶等。

水面主控計算機系統(tǒng)采用一般標準配置的計算機，具有10/100M以太網(wǎng)卡、兩個串口。

水面控制盒內(nèi)有：數(shù)傳電臺、調(diào)試電源、電壓電流顯示、電源的開關控制、水面電源與水下電源的切換控制、水下計算機的復位控制、與水下臍帶電纜的接口、與水面計算機的以太網(wǎng)和串口的接口等。

2.2 水下控制系統(tǒng)硬件

水下載體控制系統(tǒng)包括：水下主控計算機系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、導航定位系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)和驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

水下主控計算機系統(tǒng)負責整個載體各傳感器數(shù)據(jù)的采集和運動控制，以及故障診斷與應急處理和有關機載設備的控制。

電源系統(tǒng)為水下滑翔機器人提供能源。

通訊系統(tǒng)由水面和水下通訊系統(tǒng)組成，它們都由發(fā)射接收模塊和天線組成。

導航系統(tǒng)。載體在水下時靠電子羅盤確定載體的運動方向和姿態(tài)，靠深度計確定工作深度。

安全控制系統(tǒng)主要監(jiān)測系統(tǒng)的工作電壓、電源電壓、放電電流、電源剩余容量以及艙內(nèi)是否漏水，并對某些故障進行適當?shù)奶幚韀2]。

驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供了所有基本的電機控制，包括雙極步進的整步、半步以及方向控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

控制系統(tǒng)軟件是水下滑翔機器人的核心部分，可分為水面控制系統(tǒng)軟件和水下控制系統(tǒng)軟件兩部分。

3.1 水面控制系統(tǒng)軟件

水面控制系統(tǒng)，實現(xiàn)任務規(guī)劃和制定、運動軌跡顯示、數(shù)據(jù)存儲、任務指令發(fā)送、數(shù)據(jù)接收并分析顯示。

監(jiān)控與任務管理系統(tǒng)，提供與操作者的交互界面。操作者可控制作業(yè)任務，觀測載體運動信息，并對水下系統(tǒng)的詢問做出確認。

使命程序，由一組規(guī)劃好的運動和工作函數(shù)組成，由監(jiān)控與任務管理系統(tǒng)調(diào)用。

數(shù)據(jù)分析模塊，分析水下發(fā)送來的各種數(shù)據(jù)，傳給監(jiān)控與任務管理系統(tǒng),并存儲。

水面通訊程序，將任務數(shù)據(jù)打包發(fā)送，并將水下傳來的數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)分析模塊。

3.2 水下控制系統(tǒng)軟件

水下控制系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心部分，是建立在QNX實時操作系統(tǒng)基礎上的多任務、多優(yōu)先級的實時監(jiān)控程序。主要對載體設備進行管理和控制、檢查系統(tǒng)狀態(tài)、控制運動方式、數(shù)據(jù)的采集和交換、執(zhí)行作業(yè)任務，建立通信連接，并對可預見的異常狀況做出處理。主要由公共數(shù)據(jù)區(qū)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)記錄模塊、驅(qū)動調(diào)節(jié)模塊、運動控制模塊、航行控制模塊、設備驅(qū)動模塊、安全控制模塊和水下通訊模塊等部分構成。

公共數(shù)據(jù)區(qū)是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信及存儲的核心部分，各進程都以它為輸入輸出對象，特別是那些可執(zhí)行級的進程，其數(shù)據(jù)可直接用于控制。在本系統(tǒng)中，各進程以不同的優(yōu)先級和執(zhí)行周期運行，除了數(shù)據(jù)分析進程之外，所有的進程都只讀寫公共數(shù)據(jù)區(qū)中的對應區(qū)域。

數(shù)據(jù)采集進程，周期地讀取傳感器信息并寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)中，將公共數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入設備。由于是多傳感器系統(tǒng)，所以采用多進程控制數(shù)據(jù)采集，每個傳感器依據(jù)自己的采樣頻率控制采樣。

數(shù)據(jù)分析進程，周期地讀取公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)關于系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并通過水下通訊進程傳給水上監(jiān)控系統(tǒng)，實時地將水上控制系統(tǒng)的指令寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)。

數(shù)據(jù)記錄進程，負責記錄系統(tǒng)運行的各種數(shù)據(jù)并寫入文件。

驅(qū)動調(diào)節(jié)進程，用于計算加在各電機上的控制量，根據(jù)具體控制算法來驅(qū)動電機。

運動控制模塊，通過選擇運動參數(shù)來實現(xiàn)對載體的運動控制及本地閉環(huán)控制。

驅(qū)動模塊驅(qū)動程序庫，在庫內(nèi)放有全部機載設備的驅(qū)動程序，該程序庫可以根據(jù)需要增減。

安全控制模塊用于對機載設備的工作狀態(tài)的循檢、跟蹤執(zhí)行任務的過程，對在復雜條件下可能遇到的異常情況，如漏水、超出極限深度、能源系統(tǒng)出現(xiàn)故障等進行緊急處理。

水下通信進程，完成數(shù)據(jù)的打包和解讀。在完成一個周期航行后，首先將所有記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳電臺發(fā)送到水面控制系統(tǒng)，發(fā)出詢問信息，之后接收水面控制系統(tǒng)發(fā)送來的作業(yè)任務和確認信息，通過數(shù)據(jù)分析模塊對所獲得的任務信息進行分析，分解為控制系統(tǒng)可以執(zhí)行的指令，并將數(shù)據(jù)寫入公共數(shù)據(jù)區(qū)。

4 結束語

本文針對水下滑翔機器人在工作定的實時性、連續(xù)性、高精度、高可靠性等要求，利用現(xiàn)有的設備和技術，對水下滑翔機器人的嵌入式控制系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的分析與設計。

本文提出的設計方案已經(jīng)得到了實驗與實際驗證，已經(jīng)成功應用于水下滑翔機器人的運動控制過程中，并且運行效果很好。

參考文獻

篇2

徐立鴻介紹，同濟大學2011年建立了國家設施農(nóng)業(yè)工程技術研究中心，近年來參與的兩個863項目分別是設施農(nóng)業(yè)植物工廠化生產(chǎn)低碳環(huán)境控制和溫室植物生長數(shù)字化與可視化過程再現(xiàn)。

設施農(nóng)業(yè)也就是人們常說的溫室技術，是一種采用人工技術手段，改變自然光、溫、濕、氣（CO2）、營養(yǎng)灌溉等條件，創(chuàng)造適宜動植物生長的理想環(huán)境，使之能夠全天候生長的設施工程。

“這類研究我們已經(jīng)做了20年，獲得了國家科技進步二等獎。十二五期間又繼續(xù)進行了以上兩個子項目的研究。植物的生長要依靠溫度、濕度、光照、二氧化碳、灌溉、營養(yǎng)等因素，非常復雜，我們對作物生長機理缺少深入的了解，需要研究智能算法來進行調(diào)控?！?/p>

要實現(xiàn)對溫室作物生長環(huán)境的智能調(diào)控，首先要充分獲取相關信息。徐立鴻老師的團隊設計了一套溫室調(diào)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，采取了“4+1”的架構。第一層是感知網(wǎng)絡或者傳感網(wǎng)絡，采集包括溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤溫度濕度、營養(yǎng)、水分等信息，同時還采用了圖像識別技術收集其他植物生長信息；第二層是現(xiàn)場控制系統(tǒng)，可以在本地進行一些簡單的調(diào)控處理。例如當現(xiàn)場控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)溫室內(nèi)溫度過高，則需要馬上打開天窗等調(diào)節(jié)手段；第三層是中心管控一體化系統(tǒng)，其核心是他們研發(fā)的國家發(fā)明專利成果“溫室環(huán)境多因子協(xié)調(diào)控制算法”，用此實現(xiàn)對整個園區(qū)各溫室植物的生長環(huán)境的優(yōu)化控制；第四層就是云服務器系統(tǒng)，匯聚來自各溫室信息，通過人工智能算法和大數(shù)據(jù)等技術對溫室植物生長和氣候環(huán)境建立模型，以代替過去的經(jīng)驗判斷?！?+1”的一是指手機等終端設備，使用戶可以在移動終端隨時了解溫室內(nèi)的情況并進行實時干預調(diào)控。

得益于人工智能等技術，設施農(nóng)業(yè)已經(jīng)可以實現(xiàn)多因子調(diào)控和節(jié)能低碳等環(huán)境調(diào)控措施。

溫室植物生長數(shù)字化與可視化過程的虛擬實現(xiàn)則主要依靠VR技術在計算機上模擬植物生長和調(diào)控過程，可以進行調(diào)控決策優(yōu)化。深度學習技術可以從獲取的視頻或者圖像中獲取葉片的亮度、顏色變化等信息，判斷出植物體內(nèi)氮磷鉀元素含量從而推斷其營養(yǎng)狀況指導灌溉控制。

在國家設施農(nóng)業(yè)工程技術研究中心控制實驗室，有一個建在沙盤上的可以調(diào)控的模擬溫室，它與真實溫室和計算機虛擬現(xiàn)實平臺三方聯(lián)動，聯(lián)合實驗，力求準確建立溫室作物與環(huán)境的相關模型、優(yōu)化植物生長的全過程和相關的調(diào)控技術，“破譯”植物生長“密碼”。

產(chǎn)業(yè)化應用即將爆發(fā)

荷蘭是設施農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品凈出口額的“世界冠軍”，設施農(nóng)業(yè)世界一流。其如此高的土地生產(chǎn)率得益于設施農(nóng)業(yè)，有數(shù)字表明溫室和大田的產(chǎn)出比為8：1。

要真正實現(xiàn)設施農(nóng)業(yè)的智能調(diào)控與管理，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和人工智能等技術是必不可少的，尤其是在無公害蔬菜、水果等優(yōu)質(zhì)安全的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)中必不可少。近年來我國的經(jīng)濟發(fā)展水平達到了一個較高階段，人們對農(nóng)產(chǎn)品的安全優(yōu)質(zhì)要求越來越高。因此，用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和人工智能等技術武裝的設施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化前景較為樂觀。

上海是農(nóng)業(yè)部信息化試點城市，目前在推進互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的行動計劃?；ヂ?lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)必須結合互通，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，物聯(lián)網(wǎng)是內(nèi)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)則是外網(wǎng)，內(nèi)外網(wǎng)互通，才能真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)境友好生產(chǎn)，實現(xiàn)產(chǎn)前規(guī)劃，產(chǎn)中管控，產(chǎn)后加工、存儲、物流及電子商務等多環(huán)聯(lián)動。才能實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的溯源。

同時，徐立鴻表示，物聯(lián)網(wǎng)獲取的是真正的客觀信息，比起需要手工錄入的信息，物聯(lián)網(wǎng)設備采集的信息不能作假，更為真實，在無公害或者有機種植時更為可信。比如農(nóng)藥用量如果以人為填報為主，信息容易作假。對農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留進行抽樣檢測也是事后行為，不如對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程全程監(jiān)控，例如對土壤中有害成分、植物的病蟲害情況等進行檢測，對保證農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)更為有效。

徐立鴻認為，物聯(lián)網(wǎng)的各類傳感器是一個關鍵因素。為此，智能感知技術成為關鍵技術。

人工智能是用機器模擬人的智能，其核心是智能算法。近年來由于深度學習算法的誕生，使得諸如語音識別、圖像處理等智能感知技術躍上一個新臺階。這些極大的促進了物聯(lián)網(wǎng)相關感知產(chǎn)品的研發(fā)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用的進一步推廣。隨著智能手機的普及，手機掃碼、拍照等使得物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)更加容易獲取。再加上大數(shù)據(jù)技術和云計算技術可以提供遠程服務，人們對物聯(lián)網(wǎng)的應用更加清晰與迫切，物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應用已經(jīng)并將持續(xù)爆發(fā)。

徐立鴻老師還提到仿生機器魚在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的應用，這項技術最早在美國應用于水源保護和水源質(zhì)量監(jiān)測等領域。將仿生機器魚納入水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控管理和水質(zhì)監(jiān)測中也是其產(chǎn)業(yè)化應用的未來方向。

目前的水質(zhì)監(jiān)測主要依靠在池塘中安放固定傳感器，只能監(jiān)測固定點的水質(zhì)數(shù)據(jù)，且傳感器容易損壞，影響捕撈。攜帶水質(zhì)傳感器的機器魚可以實時獲得不同位置的三維水質(zhì)數(shù)據(jù)，這對水產(chǎn)養(yǎng)殖是非常有益的。但機器魚走向應用還有一個過程，目前還存在運動速度、水下通訊能力、續(xù)航能力不理想等問題。