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

篇1

1989年美國(guó)人Henry Stommel提出了用一種能夠在水下作滑翔運(yùn)動(dòng)的浮標(biāo)進(jìn)行海洋環(huán)境調(diào)查的設(shè)想[1]，它可以提供較高的空間和時(shí)間的密度測(cè)量、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的使命執(zhí)行和更加靈活的操作，這就是水下滑翔機(jī)器人的最初概念。

與當(dāng)前用于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的浮標(biāo)相比，水下滑翔機(jī)器人具有很高的機(jī)動(dòng)性和可控性，具有大約5KG有效負(fù)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(wù)。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

硬件結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用一般標(biāo)準(zhǔn)配置的計(jì)算機(jī)，具有10/100M以太網(wǎng)卡、兩個(gè)串口。

水面控制盒內(nèi)有：數(shù)傳電臺(tái)、調(diào)試電源、電壓電流顯示、電源的開關(guān)控制、水面電源與水下電源的切換控制、水下計(jì)算機(jī)的復(fù)位控制、與水下臍帶電纜的接口、與水面計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

水下主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)整個(gè)載體各傳感器數(shù)據(jù)的采集和運(yùn)動(dòng)控制，以及故障診斷與應(yīng)急處理和有關(guān)機(jī)載設(shè)備的控制。

電源系統(tǒng)為水下滑翔機(jī)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(dǎo)航系統(tǒng)。載體在水下時(shí)靠電子羅盤確定載體的運(yùn)動(dòng)方向和姿態(tài)，靠深度計(jì)確定工作深度。

安全控制系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)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(duì)某些故障進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韀2]。

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

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)軟件是水下滑翔機(jī)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(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃和制定、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、任務(wù)指令發(fā)送、數(shù)據(jù)接收并分析顯示。

監(jiān)控與任務(wù)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(wù)，觀測(cè)載體運(yùn)動(dòng)信息，并對(duì)水下系統(tǒng)的詢問做出確認(rèn)。

使命程序，由一組規(guī)劃好的運(yùn)動(dòng)和工作函數(shù)組成，由監(jiān)控與任務(wù)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(wù)管理系統(tǒng),并存儲(chǔ)。

水面通訊程序，將任務(wù)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(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，是建立在QNX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上的多任務(wù)、多優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序。主要對(duì)載體設(shè)備進(jìn)行管理和控制、檢查系統(tǒng)狀態(tài)、控制運(yùn)動(dòng)方式、數(shù)據(jù)的采集和交換、執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，建立通信連接，并對(duì)可預(yù)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(dòng)調(diào)節(jié)模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、航行控制模塊、設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊、安全控制模塊和水下通訊模塊等部分構(gòu)成。

公共數(shù)據(jù)區(qū)是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信及存儲(chǔ)的核心部分，各進(jìn)程都以它為輸入輸出對(duì)象，特別是那些可執(zhí)行級(jí)的進(jìn)程，其數(shù)據(jù)可直接用于控制。在本系統(tǒng)中，各進(jìn)程以不同的優(yōu)先級(jí)和執(zhí)行周期運(yùn)行，除了數(shù)據(jù)分析進(jìn)程之外，所有的進(jìn)程都只讀寫公共數(shù)據(jù)區(qū)中的對(duì)應(yīng)區(qū)域。

數(shù)據(jù)采集進(jìn)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(shè)備。由于是多傳感器系統(tǒng)，所以采用多進(jìn)程控制數(shù)據(jù)采集，每個(gè)傳感器依據(jù)自己的采樣頻率控制采樣。

數(shù)據(jù)分析進(jìn)程，周期地讀取公共數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)，并通過水下通訊進(jìn)程傳給水上監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)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(jìn)程，負(fù)責(zé)記錄系統(tǒng)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)并寫入文件。

驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)程，用于計(jì)算加在各電機(jī)上的控制量，根據(jù)具體控制算法來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

運(yùn)動(dòng)控制模塊，通過選擇運(yùn)動(dòng)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)載體的運(yùn)動(dòng)控制及本地閉環(huán)控制。

驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)，在庫(kù)內(nèi)放有全部機(jī)載設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，該程序庫(kù)可以根據(jù)需要增減。

安全控制模塊用于對(duì)機(jī)載設(shè)備的工作狀態(tài)的循檢、跟蹤執(zhí)行任務(wù)的過程，對(duì)在復(fù)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(jìn)行緊急處理。

水下通信進(jìn)程，完成數(shù)據(jù)的打包和解讀。在完成一個(gè)周期航行后，首先將所有記錄的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳電臺(tái)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(wù)和確認(rèn)信息，通過數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)所獲得的任務(wù)信息進(jìn)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(jié)束語

本文針對(duì)水下滑翔機(jī)器人在工作定的實(shí)時(shí)性、連續(xù)性、高精度、高可靠性等要求，利用現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)，對(duì)水下滑翔機(jī)器人的嵌入式控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)。

本文提出的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)與實(shí)際驗(yàn)證，已經(jīng)成功應(yīng)用于水下滑翔機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制過程中，并且運(yùn)行效果很好。

參考文獻(xiàn)

篇2

徐立鴻介紹，同濟(jì)大學(xué)2011年建立了國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，近年來參與的兩個(gè)863項(xiàng)目分別是設(shè)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(zhǎng)數(shù)字化與可視化過程再現(xiàn)。

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

“這類研究我們已經(jīng)做了20年，獲得了國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。十二五期間又繼續(xù)進(jìn)行了以上兩個(gè)子項(xiàng)目的研究。植物的生長(zhǎng)要依靠溫度、濕度、光照、二氧化碳、灌溉、營(yíng)養(yǎng)等因素，非常復(fù)雜，我們對(duì)作物生長(zhǎng)機(jī)理缺少深入的了解，需要研究智能算法來進(jìn)行調(diào)控。”

要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室作物生長(zhǎng)環(huán)境的智能調(diào)控，首先要充分獲取相關(guān)信息。徐立鴻老師的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套溫室調(diào)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，采取了“4+1”的架構(gòu)。第一層是感知網(wǎng)絡(luò)或者傳感網(wǎng)絡(luò)，采集包括溫度、濕度、光照、二氧化碳、土壤溫度濕度、營(yíng)養(yǎng)、水分等信息，同時(shí)還采用了圖像識(shí)別技術(shù)收集其他植物生長(zhǎng)信息；第二層是現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，可以在本地進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的調(diào)控處理。例如當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)園區(qū)各溫室植物的生長(zhǎng)環(huán)境的優(yōu)化控制；第四層就是云服務(wù)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(shù)對(duì)溫室植物生長(zhǎng)和氣候環(huán)境建立模型，以代替過去的經(jīng)驗(yàn)判斷。“4+1”的一是指手機(jī)等終端設(shè)備，使用戶可以在移動(dòng)終端隨時(shí)了解溫室內(nèi)的情況并進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)調(diào)控。

得益于人工智能等技術(shù)，設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)可以實(shí)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(zhǎng)數(shù)字化與可視化過程的虛擬實(shí)現(xiàn)則主要依靠VR技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬植物生長(zhǎng)和調(diào)控過程，可以進(jìn)行調(diào)控決策優(yōu)化。深度學(xué)習(xí)技術(shù)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(yíng)養(yǎng)狀況指導(dǎo)灌溉控制。

在國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心控制實(shí)驗(yàn)室，有一個(gè)建在沙盤上的可以調(diào)控的模擬溫室，它與真實(shí)溫室和計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)三方聯(lián)動(dòng)，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)，力求準(zhǔn)確建立溫室作物與環(huán)境的相關(guān)模型、優(yōu)化植物生長(zhǎng)的全過程和相關(guān)的調(diào)控技術(shù)，“破譯”植物生長(zhǎng)“密碼”。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用即將爆發(fā)

荷蘭是設(shè)施農(nóng)業(yè)農(nóng)產(chǎn)品凈出口額的“世界冠軍”，設(shè)施農(nóng)業(yè)世界一流。其如此高的土地生產(chǎn)率得益于設(shè)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(shí)現(xiàn)設(shè)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(shù)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(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平達(dá)到了一個(gè)較高階段，人們對(duì)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(shù)武裝的設(shè)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(diǎn)城市，目前在推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的行動(dòng)計(jì)劃。互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)必須結(jié)合互通，對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)前規(guī)劃，產(chǎn)中管控，產(chǎn)后加工、存儲(chǔ)、物流及電子商務(wù)等多環(huán)聯(lián)動(dòng)。才能實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的溯源。

同時(shí)，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(shè)備采集的信息不能作假，更為真實(shí)，在無公害或者有機(jī)種植時(shí)更為可信。比如農(nóng)藥用量如果以人為填報(bào)為主，信息容易作假。對(duì)農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留進(jìn)行抽樣檢測(cè)也是事后行為，不如對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程全程監(jiān)控，例如對(duì)土壤中有害成分、植物的病蟲害情況等進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)保證農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)更為有效。

徐立鴻認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的各類傳感器是一個(gè)關(guān)鍵因素。為此，智能感知技術(shù)成為關(guān)鍵技術(shù)。

人工智能是用機(jī)器模擬人的智能，其核心是智能算法。近年來由于深度學(xué)習(xí)算法的誕生，使得諸如語音識(shí)別、圖像處理等智能感知技術(shù)躍上一個(gè)新臺(tái)階。這些極大的促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)感知產(chǎn)品的研發(fā)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的進(jìn)一步推廣。隨著智能手機(jī)的普及，手機(jī)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(shù)和云計(jì)算技術(shù)可以提供遠(yuǎn)程服務(wù)，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加清晰與迫切，物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)應(yīng)用已經(jīng)并將持續(xù)爆發(fā)。

徐立鴻老師還提到仿生機(jī)器魚在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)最早在美國(guó)應(yīng)用于水源保護(hù)和水源質(zhì)量監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。將仿生機(jī)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(cè)中也是其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的未來方向。

目前的水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要依靠在池塘中安放固定傳感器，只能監(jiān)測(cè)固定點(diǎn)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(jī)器魚可以實(shí)時(shí)獲得不同位置的三維水質(zhì)數(shù)據(jù)，這對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖是非常有益的。但機(jī)器魚走向應(yīng)用還有一個(gè)過程，目前還存在運(yùn)動(dòng)速度、水下通訊能力、續(xù)航能力不理想等問題。