摘要：为了完结对水下机器人周围环境的监测，提出了一种根据PC104与C8051F120的水下机器人环境监测体系规划方案，并完结体系的软硬件规划。该体系的硬件部分首要是收集下潜深度传感器、姿势传感器、温湿度传感器的数据，软件部分选用用Visual C++6.0规划了监控界面。该体系可以实时显现视频和各传感器数据。实践测验标明，该体系具有安稳性高、精确性高的特色，到达了规划要求。
水下机器人具有严重需求和巨大的商场价值，如：用于泵站流道和叶轮叶片、坝体、桥墩、排沙口、拦污栅、病险水库等的水下查看和评价。用于市政饮用水体系中水管、水库查看;用于城市排污/排涝管道、下水道查看;用于科学研讨、教育意图的水环境、水下生物的观测、研讨和教育;用于海洋调查、冰下调查;还有，跟着当时全球化的安全形势的恶化，水下机器人可以广泛使用于安全部分，如：查看大坝、桥墩上是否装置爆炸物，船侧、船底是否有炸弹等。这些功用得完结都是根据水下机器人关于周围环境的监测，所以选用一种高效、实时、简略的体系来完结环境监测的功用是十分必要的。在做了多种体系的比较后，提出并规划了根据PC104与C8051F120的水下机器人环境监测体系规划方案，该体系可以完结对环境的监测功用。
1 整体规划
图1是体系整体结构图，岸上由微型计算机组成，实时显现视频图画和各传感器数据;水下由PC104、C8051F120、视频收集卡、模仿摄像头、温湿度传感器、姿势传感器、下潜深度传感器组成。PC104通过视频收集卡收集模仿摄像头的信号，C8051F120收集各传感器的数据，通过串口传输给PC104，PC104通过脐缆把视频信号和各传感器数据送给岸上的微型计算机，微型计算机进行实时地显现。
2 硬件规划
C8051F120是彻底集成的混合信号片上体系型MCU芯片，全速、非侵入式的在体系调试接口，高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核，真实8位500 ksps的ADC，两个12位DAC，具有可编程数据更新方法，带PGA和8通道模仿多路开关，2周期的16 x 16乘法和累加引擎，128 KK或64KB可在体系编程的FLASH存储器，8448(8K+256)字节的片内RAM，可寻址64KB地址空间的外部数据存储器接口，硬件完结的SPI、SMBus /I2C和两个UART串行接口，5个通用的16位守时器，具有6个捕捉/比较模块的可编程计数器/守时器阵列，片内看门狗守时器、VDD监视器和温度传感器。
在本规划中PC104选用的是Em104P—i2909，温湿度传感器选用的是DHT11单总线传感器，姿势传感器选用的是SCA100T—D01。下潜深度传感器选用GB-2100A投入式压力传感器。电路运用了芯片内部自带的12位AD转化器、多路模仿挑选开关和基准电压电路，使电路变得更简练有用，并外接22.118 4 MHz晶振，通过9/4倍频得到50 MHz。因为温湿度传感器和姿势传感器都只需接在I/O口，下潜深度传感器接在模仿量输进口，故之介绍电路板的电源电路和串口电路。图2是电源电路原理图，图3是串口电路原理图。
3 软件规划
3.1 体系流程图
单片机程序软件选用的是Keil uVision4，并运用C言语编写程序。程序选用模块化的规划，分为AD转化程序、守时器中止程序、串口程序等。体系先对各个模块进行初始化，比及初始化完结后，体系进入主程序，等候中止，完结各个模块的程序。图4是主程序流程图。
3.2 传感器丈量模块
舱内首要丈量温度、湿度和水下机器人的姿势。关于温湿度传感器通过单片机的I/O口模仿时钟信号来进行读取数据，关于姿势传感器通过单片机的I/O口模仿SPI信号来进行读取数据。舱外首要丈量水下机器人下潜的深度。通过C8051F120自带的12位ADC转化器，并挑选模仿通道1进行下潜深度传感器的收集，把收集到的模仿量信号转化成数字量。AD转化器有4种转化发动方法，由ADCOCN中的ADC0发动转化方法位(ADOCM1，ADOCM0)的状况决议。转化触发源有：
1)向ADCOCN的ADOBUSY位写1;
2)守时器3溢出(即守时的接连转化);
3)外部ADC转化发动信号的上升沿，CNVSTR0;
4)守时器2溢出(即守时的接连转化)。
本程序选用向ADCOCN的ADOBUSY位写1作为发动方法。当通过向ADOBUSY写‘1’发动数据转化时，查询ADOINT位以确认转化是否完毕，当转化完毕后读出转化后的数据并处理。串口初始化和转化程序如下。
3.3 守时器中止模块
为了使体系到达低功耗的要求，选用守时器中止来使能各传感器，并对各传感器数据进行收集和处理。当100 ms守时器中止到来时，首要对赋予数据包的开始位，然后使能ADC，进行下潜深度传感器数据的收集;接着使能姿势传感器，读取姿势传感器数据，并对姿势传感器的X轴，Y轴数据进行正负的判别;最终使能温湿度传感器，进行温湿度传感器数据的收集并赋予数据包完毕符。图5是守时器中止流程图。
守时器中止程序如下。
3.4 串口通讯模块
串口通讯模块首要是担任和工控机进行通讯，当PC104需求传感器数据的时分，单片机就通过串口把数据发给PC104，PC104在把信息发送给岸上的微型计算机，供用户进行显现。图6是串口中止程序流程图。
串口中止程序如下。
4 视频图画的收集和传输
H264选用“回归根本”的简练规划，不必很多的选项，取得比MPEG-4好得多的紧缩功用;H.264加强了对各种信道的适应能力，选用“网络友爱”的结构和语法，有利于对误传和丢包的处理;H.264使用方针规模较宽，可以满意不同速率、不同解析度以及不同传输(存储)场合的需求。
RTP是一种网络传输协议，RTP协议不要求底层网络供给牢靠的数据传输服务，它本身也不对报文丢掉、重复和次第倒置等过失进行处理。使用程序可以通过检测RTP报文固定头中的次第号发现传输过程中的过失。RTP具有较好的实时性，关于低带宽实时性要求高的场合很有用。
图7是视频结构图。PC104和微型计算机之间选用的是C/S形式。模仿摄像头的信号通过视频收集卡送入到PC104中，PC104通过H264紧缩后，然后通过RTP传输给微型计算机，微型计算机接受到视频数据后进行解压显现。
5 实验使用
该体系用于水下机器人周围环境的测验。在进行测验时，通过按操作员控制器上面的相应按钮来完结相应的功用。当点击视频收集按钮时，视频图画数据会显现;当点击传感器数据收集按钮时，传感器数据会显现。测验界面如图8所示，图中的视频图画是水下桥墩的墙面。当发现数据不对时，需求修正相应的电路或许程序。通过实践使用发现，该测验体系测验成果精确而且安稳牢靠。
6 定论
通过实验测验得知，关于水下机器人舱体和舱内的根本环境监测问题，如水下机器人的姿势、舱内的温湿度、下潜深度和水下现象，传感器数据和视频数据都可以实时地收集，PC104与微型计算机之间的通讯可以精确无误地传输，关于水下机器人周围环境的监测起到了实时监控的作用，为将来水下机器人的自主导航供给了有利的条件。
