论文总字数：31568字

摘 要

USV动力学模型辅助是提高捷联惯导系统导航精度不可或缺的部分，而螺旋桨推进器的转速是建立水面无人艇动力学模型的重要参数。本文设计了水面无人艇（Unmanned Surface Vehicle，USV）推进器的转速测量系统。主要研究内容包括：

1. 水面无人艇推进器转速测量系统的理论研究。首先研究常用的转速测量传感器，为了满足不受水面恶劣环境影响、防水性能好、高精度、高可靠性等要求，综合比较多种传感器的特性，最终选择了上海欧多有限公司的电涡流传感器OD-9000来测量螺旋桨的转速。

2. 水面无人艇转速测量系统的硬件结构。本文选择了TI公司的TMS320F28335核心板作为主控板芯片，设计了电路的最小系统模块、电源管理模块和无线通信模块。

3. 转速测量传感器安装板的机械结构设计。根据所选择的电涡流传感器的外形以及螺旋桨推进器的结构，考虑对水阻力小等因素，采用SolidWorks2014设计了安装贴合加工简便的传感器安装板的机械结构并加工，以固定电涡流传感器。

4. 水面无人艇推进器转速测量系统的软件设计。采用DSP芯片的AD转换方式对传感器输出信号进行采集，使用定时器的方法对单位时间内信号的上升沿个数来计算转速，再通过YL-100IL无线模块实现数据的无线传输，最后用LabVIEW设计上位机程序显示转速结果。

5. 对转速测量系统结果的测试。对螺旋桨推进器的转速输出结果进行验证，得到设计出的转速测量系统的转速与理论结果基本符合，满足设计要求。

关键词：水面无人艇，转速，电涡流传感器，无线通信

Design on the Rotational Speed Measurement System

of the Unmanned Surface Vehicle

Abstract

The kinematics model is a necessary part for improving the precision of Strapdown inertial navigation systems. And the speed of the propeller thruster is an essential parameter for building the USV kinematics model. This dissertation researches on the rotational speed measurement system of the Unmanned Surface Vehicle. The major work undertaken in this research is summed up as follows:

1. The theoretical research on the rotational speed measurement system of the USV thruster. First, common speed measurement sensors are discussed. To satisfy the requirement of independence on the sea, excellent waterproof performance, high precision and high reliability, eddy current sensor OD9000 produced by Shanghai Ouduo is chosen to measure the rotational speed after comparing several kinds of sensors.

2. The hardware structure of the rotational speed measurement system. TMS320F28335 core-board is chosen to be the chip of the main control board. The minimum system module, the power management module and the wireless communication module of the circuit are designed.

3. The Mechanical structure design of the mounting plate for the rotational speed measurement sensor. According to the shape of the eddy current sensor and the structure of the propeller thruster, SolidWorks 2014 is used to design the sensor mounting plate after considering some factors such as good waterproof. The mounting plate is better fit and easily processed.

4. The software design of the rotational speed measurement system. AD transform module of the DSP is used to collect the output signal of the sensor. A timer is used to calculate the rotational speed by counting the rising edges in unit time. Then the wireless communication is conducted through the YL-100IL wireless module. Finally LabVIEW is used to design the PC program to display the rotational speed.

5. The test on the result of the rotational speed measurement system. The output result of the rotational speed is tested. In conclusion, the rotational speed of the designed speed measurement system is in line with the theoretical result which meet the design requirement.

Keywords: Unmanned Surface Vehicle, rotational speed, eddy current sensor， wireless communication

目 录

摘 要 II

Abstract III

目 录 IV

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 USV研究现状 1

1.3 动力学模型辅助介绍 2

1.4 水下转速测量的研究现状 3

1.5 本文主要研究内容 4

第二章 转速测量系统总体方案设计及理论研究 5

2.1 系统实验平台 5

2.2 总体方案设计 5

2.3 转速测量传感器对比及选型 6

2.3.1 转速测量传感器对比及选型 6

2.3.2 电涡流传感器原理 7

2.5 转速测量系统核心板选型 9

2.6 D/A芯片选型 10

2.7 无线通信方案论证 10

第三章 转速测量系统硬件设计 12

3.1 硬件整体设计方案 12

3.2最小系统模块 12

3.2.1 复位电路与晶振电路 12

3.2.2 EEPROM电路 13

3.3电源管理模块 14

3.3.1 电源稳压模块 14

3.3.2 电源监控模块 15

3.4 无线通信模块 16

3.4.1 YL-100IL型无线模块 16

3.4.2 PL2303型串口转USB接口转换器 17

3.5 推进器控制模块 17

第四章 水面无人艇推进器转速测量系统机械结构设计 19

4.1 Solidworks2014建模流程 19

4.1.1 SolidWorks简介 19

4.1.2 机械设计建模流程 19

4.1.3 机械设计过程中的注意问题 20

4.2 螺旋桨推进器三维建模 20

4.3 传感器安装板三维建模设计 21

4.3.1 传感器安装板设计分析 21

4.3.2传感器安装板建模设计 22

4.3.3 传感器安装板实际装配图 23

第五章 螺旋桨推进器转速测量系统软件设计 25

5.1 软件实验平台 25

5.1.1 CCS 6.0 25

5.1.2 LabVIEW 25

5.2 软件程序框图 25

5.3 A/D转换模块 26

5.3.1 A/D原理介绍 26

5.3.2 A/D程序介绍 27

5.4 转速测量模块 27

5.5 无线传输模块的软件实现 29

5.6 上位机程序 30

5.7 简单的螺旋桨控制 32

第六章 转速测量系统实验 33

6.1 电涡流传感器实验 33

6.2 速度信息采集方式实验 34

6.3 SCI串口实验 35

6.4 无线模块测试 36

6.5串口助手和上位机通信实验 37

6.6 D/A模块实验测试 38

6.7 水池实验 39

第七章 总结与展望 42

7.1 总结 42

7.2 展望 42

参考文献 43

致 谢 44

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

随着世界经济发展的需要，各个国家以飞快的速度消耗着陆地上的资源。陆地矿藏越来越少，人类开始利用和开发海洋资源。自欧洲地理大发现以来，人类探索海洋、采集海洋资源的脚步越来越快。广阔的海洋，蕴含着极其丰富的自然资源，就目前探明的资源储备来看，海洋资源的储量远远超过陆地资源。水面无人艇（Unmanned Surface Vehicle，简称USV），是指能够进行水面自主巡航的航行器。它是具有自主规划和航行能力，并可自主完成环境感知、目标探测等任务的小型水面平台，在人类探索海洋方面发挥着重要作用。

我国幅员辽阔，部分地区处于地震带或板块交接处，地震灾害频发。地震造成的山体崩塌、滑坡等现象，它们形成的堵塞物会堵塞河道的正常水流，会引起堰塞湖区内的水位不断升高，从而造成垮坝，形成洪灾等次生灾害。因此，在地震堰塞湖形成后，对其进行总体评估分析是预防次生灾害的重要环节。这类水体往往情况不明，不适于有人船只的航行，这时就需要水面无人艇来代替有人船只来进行考察。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：31568字