哈工程-畢設(shè)答辯

2015屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯一、畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作

ROV系統(tǒng)是一個(gè)較大的系統(tǒng)工程，水面監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，主要的工作內(nèi)容：（1）搭建水面監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路并調(diào)試嵌入式系統(tǒng)程序使其滿足整體系統(tǒng)的要求；（2）熟練運(yùn)用VC.net平臺(tái)，能夠進(jìn)行界面設(shè)計(jì)及運(yùn)行；（3）自行設(shè)計(jì)模擬ROV水面監(jiān)控電路，選型模擬器件實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)部分功能的仿真；實(shí)體ROV控制臺(tái)電路設(shè)計(jì)ROV水面監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖ROV水面監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙機(jī)工作模式，即主控計(jì)算機(jī)與圖像處理計(jì)算機(jī)，主控計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，圖形工作站為從機(jī)。電路板結(jié)構(gòu)圖水面監(jiān)控系統(tǒng)的控制臺(tái)硬件電路主要由單片機(jī)控制器，數(shù)字量輸入信號(hào)，模擬量輸入信號(hào)以及串口通訊這4部分組成。操控臺(tái)電路板設(shè)計(jì)MK60DN512VLL10是K60系列MCU。K60微控制器是Cortex-M4系列ARM7構(gòu)架的內(nèi)核芯片,它是控制系統(tǒng)的核心控制器件，在電路中它主要負(fù)責(zé)通過編寫程序代碼實(shí)現(xiàn)參數(shù)采集及數(shù)據(jù)發(fā)送功能。通訊方式本ROV系統(tǒng)中水下短距通訊采用RS232通訊模式，臍帶纜遠(yuǎn)程通訊采用RS485通訊模式。兩種通訊中都采用頭幀+尾幀+校驗(yàn)位的傳輸協(xié)議方式，極大地增加的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。上位機(jī)數(shù)據(jù)讀取流程圖模擬ROV控制臺(tái)電路設(shè)計(jì)模擬ROV控制臺(tái)電路設(shè)計(jì)模擬電路的硬件電路組成硬件電路使用主要使用了MPU6050六軸姿態(tài)傳感器模擬ROV姿態(tài)數(shù)據(jù)，HMC5883L地磁傳感器模擬實(shí)際ROV航向數(shù)據(jù)，以及少量的開關(guān)及旋鈕模擬ROV控制面板。通過這些電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ROV實(shí)地?cái)?shù)據(jù)的部分仿真。3D簡(jiǎn)易模型的搭建本次設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件中開發(fā)并使用了3D圖形仿真技術(shù)。3D圖形設(shè)計(jì)使用3D機(jī)械零件設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)SolidWorks，ROV模型本體中重點(diǎn)繪制了ROV本體框架、螺旋槳、機(jī)械臂、電子艙、油艙、顯示表盤等主要元素。3D模型的組成元素螺旋槳細(xì)節(jié)圖機(jī)械臂細(xì)節(jié)圖利用VisualStdio2010內(nèi)置圖形處理控件WPF，設(shè)計(jì)并開發(fā)圖形引擎。實(shí)現(xiàn)了3D圖形的3軸轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋槳運(yùn)動(dòng)以及機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)。利用微軟公司的ExpressionBlend4軟件進(jìn)行圖形的燈光及場(chǎng)景渲染，最終實(shí)現(xiàn)三維圖形設(shè)計(jì)ROV系統(tǒng)模擬上位機(jī)上位機(jī)通訊界面上位機(jī)參數(shù)界面上位機(jī)主控界面3D模型控制原理相機(jī)沿y軸運(yùn)動(dòng)圖示三軸相機(jī)運(yùn)動(dòng)圖示本次3D圖形運(yùn)動(dòng)控制采用相機(jī)圍繞物體三軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物體相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制方式。相比于僅讓物體轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制方式，實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制方式更為復(fù)雜。3D模型控制原理參考“慣性導(dǎo)航”原理首先進(jìn)行單軸坐標(biāo)變換，把物體所在的“地理坐標(biāo)系”上的角度利用坐標(biāo)變換，變成在相機(jī)坐標(biāo)下的角度。3D模型控制原理三軸相機(jī)運(yùn)動(dòng)圖示ROV本體依次繞航向軸、俯仰軸、橫滾軸做基本運(yùn)動(dòng)復(fù)合，將三軸向量矩陣進(jìn)行點(diǎn)乘，最終得出相機(jī)的位置以及旋轉(zhuǎn)角度。虛擬儀表控制本次設(shè)計(jì)的虛擬儀表使用winform平臺(tái)的C#語言開發(fā)，利VisualStdio自行開發(fā)虛擬儀表。模仿現(xiàn)有應(yīng)用程序中航向表的界面設(shè)計(jì)，采用動(dòng)表盤定指針的前沿設(shè)計(jì)思路，使得界面設(shè)計(jì)更加美觀且具有獨(dú)創(chuàng)性。航向表虛擬儀表設(shè)計(jì)深度計(jì)虛擬儀表設(shè)計(jì)虛擬儀表控制虛擬儀表程序運(yùn)行設(shè)計(jì)流程圖虛擬儀表的設(shè)計(jì)主要分為3個(gè)步驟：屬性設(shè)置、背景繪制以及前景繪制，如圖所示：綜合調(diào)試數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試為了確保檢測(cè)的可靠性以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性需要進(jìn)行系統(tǒng)的綜合調(diào)試。第一步：進(jìn)行硬件數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試，通過PC機(jī)串口確定下位機(jī)數(shù)據(jù)正常發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試

實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表編號(hào)時(shí)間字節(jié)數(shù)報(bào)文數(shù)誤碼數(shù)誤碼率110’’11700233340.17%260’’6079512124160.13%3120’’11903823737270.11%4180’’17708535319290.08%5240’’23606847080340.07%第二步：進(jìn)行硬件數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)在一定時(shí)間段內(nèi)誤碼率，由數(shù)據(jù)可見，隨著測(cè)試時(shí)間增加，誤碼率呈逐漸下降趨勢(shì)；3D圖形測(cè)試第三步：當(dāng)數(shù)據(jù)連接穩(wěn)定后進(jìn)行3D圖形的動(dòng)作測(cè)試綜合調(diào)試推進(jìn)器控制搖桿測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)主要有搖桿實(shí)際控制中的空程以及死區(qū)，顯示過程中是否存在量程過