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论文方法介绍-LM1812MEMS矢量水听器主动脉冲测距研究

2021-04-21 13:26:14

  在我国经济快速发展,综合国力不断增强的今天,水运所占份额越来越大。水运是运输综合体系中的重要组成部分,古有京杭大运河,促进人民交往,贸易来往;今有各个航线,为祖国的经济发展做贡献。在这样的实际背景下,船载物品和人员安全成了我们务必要重视的部分,让船舶可以顺利航行,完成运输任务。目前市面上的导航系统也多种多样,能满足不同需求的受众船体而本系统设计基于一款低功耗的单片机LM1812控制的水下电子狗,使用主动脉冲测距原理实现船舶避障,实时探测障碍物的目的,用MEMS技术的矢量水听器配合设计相关电路,为民用中小型船舶研制一套能提高水面航行安全的避障系统。旨在降低水下避障电子狗系统的成本和体积,提高恶劣天气下船舶的输运效率和安全性。

  中国作为一个地大物博的国家,拥有广袤的海岸线和广阔的海洋,我国的水域面积是299.7万平方公里,在如此大的海面上资源可谓应有尽有[1]。中国还被誉为世界工厂,无论是进口还是出口都承载着巨额的贸易往来,为全世界的人们提供各种各样的物品。由于水路运输低成本,高效率的特点,水上交通运输日益发挥着举足轻重的作用。船舶是在历史上使用最长久的交通运输工具之一,其在水上交通运输中的必要性可见一斑。伴随着船舶航行速度的提升和体型的大型化,出现了多种多样的问题[2],例如遭遇各种突发的天气状况,像暴风雨,大雾等恶劣天气的影响,可能发生船舶触礁,船舶相撞的海上意外,更严重的造成人员伤亡,同时携带化学品等的船只,邮轮等发生突发事故也会给海洋环境造成不可估量的损失,快速增长的船只数量造成了水域交通的拥挤紧张,因此水下电子狗应运而生,它可以进行水下探测,因此其可以应用于船舶避障。但是传统电子狗费用比较高且体积大,而民用船舶尤其是渔船,体积偏小,这给电子狗系统的安装和实际应用带来了诸多不便。综上分析可知,成本低廉、体积小巧、高性能避障电子狗研究有很大应用前景。

  鉴于水运中碰撞事故屡次发生本项目拟设计一种基于单片机控制的水下电子狗,旨在降低水下避障电子狗系统的成本和体积,提高恶劣天气下船舶的输运效率和安全性。

  1.2国内外研究现状

  随着全球经济贸易快速崛起,各国的海路运输量也在日渐攀高,我国现阶段属于发展中国家,在近30多年来,水路载客量和货运量都有很大的突破发展,在水运逐渐发展壮大的路上,如今基本形成了具有一定规模的海运体系。然而,在海运河地位运日渐重要的背景下随之而来的却有不好的方面,在航行过程中出现的种种危险忧患,让人担心,加之船只数量节节升高,水路显得愈加拥挤,从几十万级的油轮和矿砂船,还有大量运货,大数量的集装箱的加入,可以明显看出,船体的大型化已经成了新趋势新方向[3]。高大的船舶预示着我国有更超前的技术和更完善的环境保护措施,全世界对环境保护的认同感,一定是船舶大型化的强大支持力,这也意味着在大型船舶的安全上更不能出差错,要求更高。水域交通拥堵,船舶密集度增大。与之带来的负面影响和不可避免的是船舶发生各类事故年年增加,并且事故一旦发生,就会造成难以估量的损失,比如人员伤亡,船舶损坏,海洋环境的污染等。例如2015年,河北省一渔民在东海进行捕捞作业,不幸与礁石发生碰撞致使渔船下沉,这场事故中全员受伤,三民死亡,不知所踪的有10位,这造成的人员伤亡和经济损失又是令人唏嘘的。2013年5月2日四川一旅游船和工业船碰撞翻覆,事故导致旅游船1人死亡,5人失踪,污染了海域,要经过清污作业才能基本消除污染和通航安全隐患。2012年的著名南丫岛撞船事故,是航船海泰号与南丫四号碰撞,意外有几十人死亡,近百人受伤。据统计,全球每年都超过2000多起航运事故,造成的财产人员的损失无法估量。因此,降低船舶碰撞几率,把不该发生的事故控制在可控范围内并提高船舶的输运安全是当前必须解决的问题。

  常规安装在船舶上的防止碰撞的设备主要是雷达和自动雷达标绘仪(ARPA)[4],自动雷达标绘仪是适用于大型航船上的人工智能抓捕障碍目标的系统,可以测出障碍物的位置,距离航速等相关信息,它和普通雷达是以往人们使用最多的防撞系统,但它在观测水下和水上的效果截然不同,晴天水上准确灵敏,遇到雾霾或者不清楚的天气也不能很好发挥作用,特别在水下观测障碍物就不尽人意,像鱼群,海岩等功能性急速下降,实在是无法满足人们的众多需求,功能的片面性,亟需要新的产品还解决这些问题,便利人们的航行。,

  相较于ARPA,还有一种特别的船舶自动识别系统叫AIS系统,它是由船载部分机器和海岸设施相联系构成。它是现代电子信息和互联网技术的高端体现,成为一体化导航设备。它可以实现信息的广泛传播,确保船只可以正确掌握周遭情况。此项技术是未来发展的大方向,将来会普遍应用。国际海事组织和国际电联认为AIS是未来海上识别,通信等的主要使用系统。

  全球范围对AIS的研究与探索在不断深化,北美一些国家把AIS投入了实际试用中。随着技术的发展完善,像日本首发了关于海上躲避障碍物的研究,配套的操作系统,专家人员,实践任务;英国利物浦工业大学也有一些进展,可以在遇到险情时,人工智能的选择出最优的解决方案,当下立刻1解决问题,非常的高效,但现阶段属于研究,并没有很完善。除了国外的一些前沿科技,在国内我们也有相应的科技研究,值得一提的是大连海事大学的一些教授在船舶避障方面做了大量的研究,不仅建模实验,仿真测试等各项工作;吉林大学,东南大学等高校和研究所都有相应的研究设计,在AIS和ARPA两大技术下,有科研成果,并且不断改进,这项科技也在与时俱进。

  声音在水中单位时间内传播速度要远大于在大气中的传播速度。国内外相关的科研人员都对基于水声技术开展了传播避障的研究。从工作原理分类,声呐可以分成主动声呐和被动声呐。被动声纳是指声纳通过被动接收目标障碍物发射的声信号实现对目标信息的探测;而主动声纳是指声纳自己自主发射声波,通过接收在水下传播途中经障碍物或目标反射的回波来进行探测,大多数采用的是主动声呐的方式[5]。如图1所示。本文研究避障声纳系统为主动声纳。

  图1主动声呐

  在系统中最不可缺少的就是水听器,也叫换能器。在水下声音的传播相较光和电磁波有更多的优势,光传播范围局限,在水面和浅层有用,还容易被海水吸收,适用条件局限,电磁波在水中传播能量大幅度削减降低,没有传播作用,而声波损耗小。之前的光纤型水听器[6]就存在缺陷。所以研究的重点就从光纤转移到矢量水听器。有了这个方向,我国的研究人员积极的开展研究设计,刚刚崭露头角的基于MEMS的矢量水听器,不仅抗干扰性强,更加便于配备。矢量水声换能器是一种新型水声换能器,它的工作原理是测量声波引起的振动速度、加速度以及声压梯度等进行声波测量,具有精度高等优点,是当下已经应用的声呐技术参数最优秀的一种。矢量水听器可以实现目标定向并且强力抵制干扰,是因为其具有偶极子指向性。辐射功率较小时,矢量水听器能够在低频条件下实现对远距离目标的探测。矢量水听器可以实现减小声呐阵列的孔径,并且可以对频率较低的信号进行检测,这一特性对潜艇信号的探测尤为重要。

  标量水听器构成的水听器阵列费用高,所占空间大,在大的海运船舶上常见,但在普通的民用上,却不是个好的选择。因此,针对民用船舶避障,这里提出使用矢量水听器来代替标量水听器阵列,因为单个矢量水听器便能抵消各向同性的背景噪声,而且还可以大大减小船舶安装体积,而且价格也不会太高。本文以MEMS技术[7]的矢量水听器配合设计相关电路,为民用中小型船舶研制一套能提高水面航行安全的避障系统。

  1.3本文主要研究内容

  用低电压,高性能单片机LM1812实现信号的发射与接收,在声波传播过程中进行校正,包括声波的放大,滤波,调理等,使之得到准确的障碍物方位,进行最终将目标距离在LCD上实时显示,并实现安全距离内的预警。具体的章节安排如下:

  第一章:绪论.主要介绍水下电子狗设计的目的以及意义、国内外的发展情况以及主要研究内容等。

  第二章:总体的构思出系统的设计方案,需要的各部分以及重要的部件水听器的相关资料学习。

  第三章:水下电子狗硬件电路方面的模块设计。主要涵盖了本系统的硬件基本组成框架、各模块硬件电路的作用功能,其中包括:发射,功率放大,滤波、换能,LED等。

  第四章:水下电子狗的软件部分设计,主要含有三个部分,主程序控制,中断处理,延时处理。

  第五章:总结和展望。通过对整个系统的设计所达到的目的,其功能和用途,在实践生活中的作用,能完成的任务,对现行的技术优化和短板部分的补齐有发展前景的部分保持持续的关注。

  第二章水下电子狗的系统设计

  2.1系统设计方案

  系统方案由软件设计和硬件设计组成,采用主动脉冲测距法,通过低电压,高性能单片机LM1812控制程序实现声信号的发送、接收、距离计算、显示和报警的目的,单片机里的程序可以控制让发射驱动电路发出脉冲形式的信号,经功率放大后启动发射换能器向水中发射声波信号,声波在传播时碰到阻挡物后发生信号反射,产生回波信号,信号由水听器接收,接收到的信号太细微需要经放大滤波等调理电路,再由接收处理电路转化为可识别的高低电平信号输入单片机,单片机控制进行相应的信号判别、距离解算、显示及报警等算法处理。最终将目标距离在LCD上实时显示,并实现安全距离内的预警。

  图2.1.1系统的整体设计框架

  但是在系统中仍然会存在误差,水听器的应用本系统有各个环节组成,实时的测量,显示,安全的预警,在这么多的方面都不可能做到完美,势必会存在一些误差,通过对测试过程科学合理客观的分析,可以帮助我们进一步的优化设计,提高系统的性能,达到更好的设计水平。

  在对每个环节进行分析论证,考虑可能会在一下几个方面存在误差:

  1.声速变化。声波在水中传播速度与水温、盐度、水压等因素有关,外界的因素会给测量带来误差,这些造成声速变化的因素都是误差的源头。

  2.接收脉冲变化。单片机系统发出的五个脉冲信号,碰到目标障碍物反射,在返回声波的过程中,所经过的水下距离,他们的幅值会发生变化,大大小小的变化到达接收器时,一定的幅值才能触发系统,接收的是变大的幅值还是变小的幅值,这也会给测量造成误差。

  2.2矢量水听器的介绍

  水听器也叫接收换能器,广泛应用于水中通信,探测,识别,目标定位,海洋资源的开发等,是将声信号转换成电信号的换能器,用来接收水中的声信号的声学器件。

  本系统所使用的是MEMS技术下的矢量水听器。人们观察到鱼类在水下如何自如的游动,发现在鱼类身上有种非常特别的感受器官,它位于鱼的皮肤,位置在鱼的两侧躯体,从鱼头到鱼的尾部全部覆盖并且有序的线状分布,如图2.2.1这种特性使鱼儿们可以敏锐的知晓外界情况,这些敏感的细胞感受到周围水流,水压或者声波等,产生信号然后传送到鱼脑,让鱼儿们警惕。相关的科研人员将这一发现应用到水听器中。在使用压阻原理和鱼类仿生学的内容,我们把它们用到水听器中,设计出如图2.2.2的仿生结构。MEMS矢量水听器的工作原理就是当有外界信号传来时,硅梁首先感应会发生形变,进而在根部的压敏电阻受到压力,电阻发生变化,变化的电阻在其所构成的惠斯通电桥如图2.2.3上,加上电源的作用,可以测量出电压电流的变化,然后根据电压信号的改变,达到对信号的测量。

  图2.2.1鱼的侧线图2.2.2仿生结构设计

  图2.2.3惠斯通电桥

  矢量水听器可以测量声场中的矢量参数。将压阻原理和MEMS技术应用于矢量水听器。用压阻原理的极小构成可以使矢量水听器的体积最小化,还特别适合低频范围能的测量,加之让灵敏检测效果要超过其他水听器。基于MEMS矢量水听器,可以实现芯片集成,把信号处理做的很好。加之价格上更加便宜,成本降低,能吸引更多的消费者来使用。在之前,是把传感器,信号处理电路和执行器放在一块,在板子上构成微机系统,后来,随着技术改进,系统更加微型化,功能化,智能化。

  2.3本章小结

  本章系统的写了基于单片机控制水下电子狗设计的设计方案,把整个设计的思路,过程,环节还有大致的目标,还考虑到在设计过程中可能出现的误差,对于接下来的设计有总体的把握,明确的目标,对之后有条不紊的设计有很大帮助,本章还介绍了在本系统中重要的组成MEMS矢量水听器的原理,工作方式和特点,更好的了解其工作性能和特点。

  第三章硬件电路设计

  3.1微处理器

  3.1.1微处理器的选取

  本文所设计的水下避障系统中单片机是第一位的管理者,单片机主要操控整个系统的相互协调合作,中断处理,控制指令的发送和接收,数据的运算和处理,整个设计的性能主要由处理芯片的性能决定。单片机的优势使它发挥作用在许多领域,是这些方面的技术水平有很大的突破[8]。综上所述单片机型号[9]的选取要满足以下几个方面;

  1.系统要在船上配备,由于航船在海上常常会少则十天半月,多则数月,所以芯片必须具备耗能低,续航时间长的功能。

  2.选择的芯片[10]要有很强的能够干扰能力,因为在海上常常会遇到各种各样的干扰,只有抗干扰能力强才能发挥作用。

  3.选择的芯片要最大可能的低成本让所有渔船都能配备起。本水下避障电子狗系统采用集成电路LM1812作为主控制芯。该芯片与51基础型单片机[11]相比,优点在于功能更加完备,只读存储器和可读写存储器的存储空间更大。

  ??LM1812属于性能优,功能良的微处理器,是可以发出超声波,可以接受超声波的集成器件。芯片内部包括几个内容,有调理脉冲的振荡器、高增益的接收器、检测脉冲的部分和消除噪音的部分。它除了可用于遥控器、报警器、自动门控制及通信方面外,还可用于工业上的料位或液位的测量与控制、测距及测厚等方面,应用十分广泛

  主控制器管脚图如下所示:

  图3.1.1?LM1812引脚图和内部原理框图

  3.1.2电源模块

  因为系统供10-20V交流电或直流电,而单片机需要5V直流电,所以需要电源模块。如图3.1.2,采用双电源供电,既可以通过USB-ISP接口直接供电,也可通过变压器供电,经全波整流、78L05稳压供电。

  图3.1.2电源模块

  3.1.3复位电路

  复位电路是像计算器清零操作的一个电路,让电路归还到原始状态,复位电路启动使用的方式有所不同。一种是在给电路通电时马上进行复位操作;二是在手动操作;三是根据需要自动地进行。复位电路的组成极为简单,最基础简单的电容和电阻就可以实现复位操作,想实现更多功能可以组装三极管等器件。在单片机寻不到或者无法辨识出初始指令而无法启动程序,这时就需要复位。

  本系统设计的开关复位电路,当开关没有按下处于断开状态时是上电复位电路,挑选恰当的电容参数就可以满足上电的要求,开关按下电路闭合时手动按键复位,一个与5v电源相连的电阻用来拿走一部分电压,电压升高,单片机恢复原来的状态。复位电路图3.1.3如下:

  图3.1.3复位电路图

  3.2.发射模块

  发射由单片机完成,发射脉冲信号,三极管控制开断。三极管有三种工作状态。当三极管起控制开关功能时,其工作在截止状态/饱和状态。发射电路如图3.2.1所示,和单片机信号输出口相连左边TX,右边TX为发射信号输出端,而后是功率放大器。图3.2.2所示为发射电路的模拟仿真图。

  图3.2.1发射电路图图3.2.2发射模拟仿真图

  本图属于共集极放大电路。在信号输入端可以有高低两种电平状态输入,当为高电平,会使电路中的器件Q1不工作,处于截止状态,相当于开路,无电流,无电压,而后的灯D1也不亮。当为低电平时,电路中的器件Q1工作,处于饱和状态,相当于通路,有电流,有电压,灯D1亮,输出也为高电平。其原理为三极管在通路状态下,IC=βIB。,集电极IC随着基极IB一起变大,但IC并不会随着IB一直增大。当三极管处于饱和区时,Ic的数值会变很大,VCC的电压都加给负载电阻R3,输出端近似于VCC。

  3.3接收模块

  障碍物返回的信号是MEMS矢量水听器来接收。但单片机只能辨认高低电平。因此,必须将水听器接收到的电压转换为单片机可以识别的电平信号。故接收处理电路主要包括3个三极管Q2、Q3和Q4组成,如图3.3.1所示:图中左端RX为水听器接收信号输入端,右边RX与单片机输入端口(P3.2)相连。

  图3.3.1接收处理电路

  整个电路中Q2Q3两个三极管构成了两级放大电路。输出耦合电容C1,把三极管Q2放大过后的信号耦合到三极管Q3,同时阻断集电极的直流,防止Q2和Q3两个三极管之间的相互干扰。三极管Q3和Q2的电路状况相同。当三极管Q3集电极为正向电流,就会有二极管D4导通,D5截止,电容C2充电模式;而当三极管Q3集电极为负向电流,有二极管D5导通,D4截止,电容C2放电模式,电容C3充电。电压一同加在电容C3上。而在D4不工作之后,电容C3可以因为电阻R9而放大。在以上的充放电循环中,通过两级放大电路将电流变换为直流电压加载三极管Q4的集电极。如果Q4中UB>0.7V,则三极管Q4导通,集电极输出低电平,LED指示灯点亮;如果UB<0.7V,则Q4处于截止,集电极输出电平为高,LED灯不亮。于是,在接收时就把不能辨识的回波信号转化为可辨识的高低电平。

  3.3.1放大模块

  声波信号在水中传播会发生一定程度的衰减,而只有回波信号有一定的幅值才可以驱动单片机进入显示测量距离。因此,必须要有放大模块放大声波信号才能顺利启动测距。使用AD620作为放大的芯片。AD620是一款便宜而又不失精度的仪表放大器。它还具有低噪声、低输入偏置电流和低功耗特性,设计AD8421连接电路如图3.3.2所示,

  图3.3.2AD8421放大模块

  3.3.2滤波模块

  在水下会发生各种各样的干扰噪声,像水流冲击声,鱼群的游动,发动机的水下发动声,这些直接影响到接收到的信号质量,影响信噪比。过大的噪声也会造成误判,所以要加滤波处理,为了和系统接受频率相同,滤波器也要设计成相同的10KHz。

  为了实现只让特定的频率范围的信号通过,把低通滤波器和高通滤波联合起来,但是这样做的缺点是滤波器的通频带太宽,滤波的衰减性降低了,带通滤波器设计采用有源设计,其具有良好衰减特和低输出阻抗。运算放大器挑选的是OP37,作为输出级具有良好的负载驱动能力。滤波器设计原理图如3.3.8所示

  图3.3.3滤波器设计原理图

  3.4显示模块

  一、显示器的选取

  本系统要配备显示器来显示距离。现在大多使用的是液晶显示屏,主要因为它有一下几点优势:

  (1)显示清晰度高,数字接口与主控制芯片的接口相连非常方便,操作也较为简便[12]。液晶显示的画面更加清晰并且稳定持久。

  (2)低耗能:省电,持久工作时间长。

  (3)占空间极小、轻巧便捷。

  考虑到以上优点,本水下电子狗系统选用液晶显示器。因为本系统要显示的数据有两个个:障碍物的方位,与障碍物的距离,分别在两行显示,每行有16个字符的LCD1602液晶显示屏可以实现本系统要求。

  二、LCD1602参数及电路

  LCD1602原理图如下3.4.1所示:

  图3.4.1LCD1602原理图

  LCD1602管脚功能如下表所示:

  表7LCD1602引脚说明

  编号 符号 引脚介绍 编号 符号 引脚介绍

  1 VSS 地电源接口 9 D2 数据接口

  2 VDD 正极电源接口 10 D3 数据接口

  3 VL 液晶显示偏压接口 11 D4 数据接口

  4 RS 数据/命令选择接口 12 D5 数据接口

  5 R/W 读/写选择接口 13 D6 数据接口

  6 E 使能信号 14 D7 数据接口

  7 D0 数据接口 15 BLA 正极背光源

  8 D1 数据接口 16 BLK 负极背光源

  3.5报警模块

  为了让本系统更加完善,为了让更多的提醒人们注意船舶的航行状况,添加了报警模块。在常用的报警方式中使用最频繁的是以下两种:一是报警音响加发光方式,就像警车一样闪烁红色灯来吸引人们的注意力,引起船舶操控人员的关注警示。二是较复杂的语音报警,在语音的同时,汇报船舶当前情况,距离障碍物多远。因为第二种成本相较更高,所以本文选择第一种就可以达到报警目的。

  声响报警:用蜂鸣器作为响声元件。在蜂鸣器两端加电压,产生蜂鸣振荡音响。本系统的要求是报警,于是可以采用蜂鸣报警器。

  发光报警:我们可以使用最常见的LED作为发光元件。一个电阻和一个完好的LED发光二极管串联在电源上就可以实现发光报警。

  考虑到高性价比的原则,本水下电子狗设计的声光报警电路由一个蜂鸣器和1个发红光的二极管构成。当有险情出现,同时声响和发光报警。电路设计图3.5.1所下:

  图3.5.1报警电路图

  3.6本章小结

  图3.6.1硬件设计总电路图

  这一章相对全面的介绍了系统硬件设计如图3.6.1,通过各个模块的设计思路讲解,把单片机的系统按照需要达到的不同的功能区别分成不同的单独电路模块,各个模块单独设计,然后把它们集成[13]在一起,这个方式可以用于设计一些较为复杂的单片机系统,大幅度的提高了系统的效果。在硬件方面,需要设计的电路需要电路板焊接,之前在大学课程中有这样的动手实操课程,也有一定的熟悉度。但是在电路设计过程中,有许多板块要完成,各板块的完整度,以及把各个板块组合在一起能否满足要求,这都是要考虑的因素。最后,才可以设计出相对合适的硬件板块。

  第四章软件部分设计

  4.1软件程序功能

  根据各部分的软件要求,按照不同的功能,将系统分为不同的板块,然后逐个编写设计各子程序。水下电子狗的软件程序设计大概由主程序控制实现时钟分配与各模块协调统一,外部中断子程序中执行距离计算、显示等操作。鉴于此,本系统采用程序模块化思想,用中断响应外部事件,以提高系统的事实处理事件的能力。

  4.2主程序控制

  主程序是软件设计的最重要部分,它支撑着整个软件,既要考虑各部分协调配合还要保证整体工作有序。按照信号发射和接收的要求,要有初始化设计,发射脉冲设计,定时器设计,延时子程序设计,中断程序。于是,在设计主程序要添加的东西必须完整有效。从发射信号出口(P3.1)开始,选择以10KHz的脉冲信号,在信号发射的同时打开计时器进行计时,当有信号返回,再由信号接收端接收,单片机此时是处于低电平,这样可以进入外部中断程序对信号进行处理解析。图4.2.1所示为主程序流程。

  N

  Y

  图4.2.1主程序流程图

  4.3中断处理

  INT0只有在低电平时才有效,触发外部中断后进入中断子程序,图4.3.1所示的为外部中断子程序流程图,单片机响应外部中断请求之后进入外部中断子程序。为避免在本次中断处理是再次误发生外部中断,所以进入中断后首先关闭外部中断,然后读取定时器计时时间,把时间与速度相乘就可算出距离,在中断子程序中设定安全距离,一旦距离过近,就触动声光报警。通过P2口传送给显示屏信息表达。图4.3.2所示为定时器中断流程图。通过速度乘时间的原理得到距离。之后,定时器变成初始的零状态。

  Y

  N

  图4.3.1外部中断子程序流程图图4.3.2定时器中断流程图

  4.4延时处理

  在现实安装中,发射换能器与接收T型MEMS矢量水听器捆绑在一起的。所以,接收端就会存在干扰:发射一个由4个脉冲组成的脉冲串,还没发射完,矢量水听器误以为自己收到了回波信号。这样的错误会给实际带来很大的问题。此时,在声波越来越远的传出时,还会受到各种各样的干扰直接影响到接收端接收非目标障碍物的反射波信号,这些都会造成测量的实物,所以,软件中添加了延时子程序来应对这一问题。

  4.5本章小结

  本章主要讲解了系统的软件部分设计。需要的各个部分以及各部分的功能。以10KHz为发射脉冲。有中断程序,延时程序和主程序控制组成,分别介绍了各软件的设计重点和注意事项。在整体的软件设计中,要满足各程序之间的无缝连接,可以保证在上一个程序完成任务可以顺利进入到下一个程序,而不是出现错误,导致数据丢失,妥善处理数据才能帮助人们准确的得到障碍物信息,在航行过程中了解周边环境。

  第五章总结与展望

  本水下电子狗设计本质为水下避障系统,旨在低功耗,成本低,体积小,为了满足大多是船舶的要求。让这些船只在海上航行可以清楚周围的地形,给航行的安全带来了安全保障。在海上的运输业,安全可靠的避障系统至关重要。

  本系统是划分板块简化了设计思路,更加的易于理解,利用了矢量水听器等,硬件部分分块设计,把难啃的骨头分开一点点消化,最后将设计好的软件硬件优化整合,组成完整的水下电子狗系统。设计中不仅要考虑成本因素,还要考虑在实际使用中可能面临的问题,应急方案可以有哪些,还要明确在这个系统中最切实需要的功能。在设计中也遇到了许多问题,比如如何选择合适的功放,如何减小外界干扰,如何哪种方式是有效的抗干扰措施等各种问题。在考虑全面的情况下才能对系统的设计有所保证是可以投入实验测试。

  在之前的章节内容中已经把涉及的内容详细的说明了,完成对系统的很多设计,安全性,准确性等,可能存在的误差也有假设分析。但总体上完成了对系统的设计。但是在以后的日常使用,实践操作中还能更优化许多细节。比如声光报警器可以连接蓝牙,让人们在手机上就可以知道消息,也能很快速的应对;在液晶显示屏可以添加按键,更加方便距离设计;也可以添加互联网,让电子狗有其他设备相连,信息共享,多方位为船舶的航行保驾护航。