基于单片机的水下机器人定位系统

本课题研究的机器人工作在大约40 m深的浆液下，为了防止水煤浆由于长时间的存贮而沉淀，他能在按照预先规划的轨迹行走时完成搅拌功能。在这种条件下，一个很重要的问题就是机器人定位功能的实现，用来实时了解其具体位置。 【基于单片机的水下机器人定位系统】是针对在深约40米浆液下工作的搅拌机器人设计的，目的是实现实时定位，确保机器人能按照预设路径准确执行搅拌任务，防止水煤浆沉淀。该系统采用了多路超声波传感器结合三点定位法来确定机器人的位置。 超声波测距原理是该定位系统的核心，它基于时间差法。通过计算超声波在水中传播的时间和速度，可以得出距离。超声波在水中的传播速度由介质的性质和温度决定。系统硬件包括超声波发射和接收传感器，其中JSS-03型液下专用超声波传感器具有高灵敏度和大瞬时输出功率。温度传感器DS18B20用于监测环境温度，以校正超声波在不同温度下的传播速度。 硬件设计是一个分布式控制系统，由多个51系列单片机（如AT89C52）组成。主控单片机MCU0周期性地发送脉冲，激发超声波发射，同时启动其他接收单片机的计时。当接收传感器接收到信号，经过一系列信号处理后，通过中断机制将时间信息存储在单片机内存中。温度信息则通过单总线与DS18B20传感器的双向通信获取。 软件系统采用MODBUS协议进行上位机与下位机的串口通信，上位机软件由串口通讯、三点定位、数据库和用户界面等模块组成，形成循环通讯流程。三点定位法结合三个超声波接收传感器的数据，可以计算出机器人的精确坐标。 实验部分在一个9m x 7m、25cm深的水池中进行，使用两种不同类型的超声波发射传感器——JSS-03型和平面发射，以及LYF-20型圆周发射传感器。实验结果显示，JSS-03型传感器虽然具有良好的指向性，但其信号强度在波束角内的差异影响了定位精度，最大误差约为8.08%。相反，LYF-20型传感器虽然发射强度较弱，但由于发射中心固定，定位精度更高，最大误差仅为3.78%。这表明频率对超声波测距精度有显著影响，频率越高，精度越高。 基于单片机的水下机器人定位系统通过超声波测距和三点定位，实现了在复杂环境下对水下机器人的精确定位，具有较高的可靠性和实时性，且系统精度可达到预期标准。这种定位技术对于水下作业的机器人有着广泛的应用前景。