温度传感器在小型ROV系统中的应用与研究.pdf

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1、第32卷第1期2013年3月海洋技术0CEANTECHNOLOGYV01．32．No．1Mar．2013温度传感器在小型ROV系统中的应用与研究宋大雷1，徐霄阳1，田川2(1．中国海洋大学，山东青岛266003；2．中国科学院海洋研究所，山东青岛266071)摘要：介绍了一种响应时问快、高精度、低功耗的温度传感器软硬件设计。传感器与ROV之间采用有缆方式进行通信，使得ROV可以方便有效地控制温度传感器．并可根据具体测量环境改变加装方式和通信模式。模块化的设计减小了传感器的体积使其可方便地集成在小型ROV系统或其

2、它测量平台上。关键词：温度传感器：小型ROV：有限状态机中图分类号：TH766文献标志码：A文章编号：1003—2029(2013)01—0024—04水下机器人ROV(RemotelyOperatedVehicle)是通过有缆方式进行操作的水下航行器。它主要由推进系统、操作系统(机械手)、通讯系统、摄像系统(包括辅助照明设备)、水下测量系统、零浮力脐带缆以及甲板操控系统等组成。随着经济的发展，尤其对海洋、湖波等水资源的开发和利用，小型ROV系统具有的尺寸小、重量轻、操行简单、续航能力强、稳定性好、可在狭窄环境

3、使用等特点，越来越受到用户的重视{ll。通常情况下，ROV系统会根据不同的作业任务携带不同的测量传感器，但温度测量传感器通常为ROV系统的基本配置。本文主要基于自主研发的SeaRay一50型ROV系统上的温度测量传感器模块进行研究，通过对该温度测量模块的长期测试表明，该测量模块可以方便地装载在任何水下航行器或者测量平台上使用。1温度测量模块的硬件设计温度传感器设计采用模块化思想，主要分为三部分，分图1温度传感器外观图别为温度探头、电路模块和对外接口，其中前端为温度探头部分，中部为模块主体，后端设计加装水密插头以

4、完成数据通信和供电。模块的主体长85mm，直径30mm，探头长为20mm，小型化的设计可方便实现其在ROV或其他水下测量系统上的外延集成。图1展示了设计完成的温度传感器。1．1热敏探头设计测温模块的前端探头为316不锈钢材质，可保护内部的热敏电阻不受外压而发生损坏，热敏电阻被封装在探头内部。同时探头被设计为针状结构，以满足热敏电阻温度响应HCfmT'J,于200ms的要求。考虑到前端探头尺寸较小，所以在其周围加装不锈钢的保护罩。1．2电路模块设计结合ROV的工作环境和监测要求，温度传感器采用了直读式的采样方式。

5、因此硬件设计主要由主控芯片、电源管理模块、数据采集模块和串口通信模块四部分组成，各模块之间的关系如图2所示。图2硬件模块设计关系图主控芯片主要负责控制数据的采集和串口通信，ROV通过外接水密缆完成对温度传感器的直接供电和命令通信，利收稿日期：2012—08—06基金项目：国家自然科学基金资助项目(41006005)作者简介：宋大雷(1971一)，男，教授，硕士生导师，主要研究方向为海洋监测传感器的开发与应用、水下航行器。Email：daleisong@126．com第1期宋大雷，等：温度传感器在小型ROV系统中

6、的应用与研究用ROV的上位机软件便可方便完成对测温模块的控制。硬件的具体设计如下：(1)考虑到系统的外设较少，因此温度传感器主控芯片采用AVRAtmega8，便可以完成对其他模块的控制和数据处理等工作。(2)电源管理模块包括了LTCl763稳压芯片，可以把4—20v供电电压稳定至3．3v输出。可以满足ROV供电电压为6V的设计要求。(3)数据采集模块中A／D转换芯片使用了LTC2411，可以方便ROV扩展多路数据的采集。传感器测量精度可达±0．005oC，响应时间小于160ms，满足ROV对于环境温度的监测精度

7、。(4)串口通信模块实现了测温模块与ROV之间的通信。为了方便温度传感器在ROV上的集成，同时满足长距离的数据传输要求，本模块使用了MAX3160电平转换芯片，通过对单片机编程，可以完成逻辑电平到RS一232或RS_485的转换。1．3对外接口设计在电源接口的设计上，由于温度测量模块的大部分芯片工作电压小于5v，为了使ROV对模块的供电能够安全、可靠，同时，为了提高A／D采集数据的精度，在电源管理模块中使用了LTCl763芯片。它是一种宽电压输入的稳压芯片，输出电压稳定在3．3v。这样设计，就使得ROV的供电电

8、压范围扩大，同时也可以适应其他系统的集成，通信模块中使用的MAX3160芯片和外围电路会对A／D的输入电压产生影响，为了消除电源纹波对测量精度的影响，在通信模块设计上采用了通信板和主电路板分离的电路设计。在缩小了总体电路长度的同时，使得通信部分也实现模块化。测温模块对外接口设计采用4线制接口，除供电的两路线外，通信的两路也可被RS一232模式和RS-485模式共用，通过对单片机的编程可