[发明专利]一种基于树莓派Raspberry Pi控制器的智能水下航行器

说明书

本发明涉及一种基于树莓派Raspberry Pi控制器的智能水下航行器，分为控制舱和外观结构两个部分。使用Raspberry Pi作为控制核心，可以一次执行多个文件的程序，完成复杂的水下航行动作。控制舱内包含Raspberry Pi控制器、各类传感器、交换机、多轴陀螺仪、电子罗盘、电力调制解调器，外观结构设有搭载压力传感器和LED灯的卡座以及三个无刷电机推进器呈前后分布。本航行器可以用来探测观察记录航行器周围水体所具有的各项属性参数，如温度、压力、深度，并将数据可视化。还可以通过摄像头数据观察到航行器目前所处未知的环境，并且在光照不足的情况下，可开启LED探照灯，提供光源。本航行器使用电力载波为通信载体，用零浮力缆作为电源载体。

技术领域

本发明涉及水下航行器领域，尤其是涉及一种基于树莓派Raspberry Pi控制器的智能水下航行器及其应用。

背景技术

目前，水下航行器采用单片机芯片STM32F103RCT6、PC/104嵌入式、鲁棒推力为控制核心,但是，这些控制方式仅仅能够执行单一文件的程序，而面对复杂的海洋环境，需要航行器完成更多更复杂的动作，执行多个文件的程序，树莓派Raspberry Pi恰恰能完成这项任务。Raspberry Pi是一个开源的硬件，内置的Broadcom VideoCrore IV，OpenGL ES2.0,1080p 30h.264/MPEG-4AVC高清解码器，可以实现开源硬件模块化的拼接和控制，充当运算、联网和解码等功能。

作为探索海洋的重要工具之一，现在水下航行器功能日益强大，技术发展也日趋成熟，得到了广泛的应用。但是，为了实现重点海域，复杂海底地形下小范围的探查和搜寻，并采集基础的海水温度、盐度及压力等环境数据，需要一款体积小、功率低、工作效率高，高灵活度的水下航行器，才能胜任此类任务。

发明一种基于树莓派Raspberry Pi的智能水下航行器，充分利用树莓派Raspberry Pi的强大功能，针对解决了现有水下航行器技术中的上述局限，具有迫切的需求和突出的研究意义及应用价值，也具有良好的经济效益和工业应用前景。

发明内容

针对以上现有技术局限和问题，本发明的目的在于提供一种基于树莓派Raspberry Pi控制器的，可以执行多个程序文件的智能水下航行器及其应用方法。

一种基于树莓派Raspberry Pi控制器的智能水下航行器，其特征在于，使用树莓派Raspberry Pi作为水下航行器控制核心，可以一次执行多个命令程序，通过以太网接口，实时经电力调制解调器，实现与上位机的实时通信，接受上位机指令，控制和执行完成水下航行动作和探测任务，向上位机反馈结果；所述航行器呈鱼雷流线形，航行器尾部结构由流线型圆罩构成，并有3个航行器尾翼分流；航行器的推进器排布为头部1个航行器头部推进器，尾部2个航行器尾部推进器，上述3个推进器采用无刷电机，通过配合完成航行器的基础动作，所述无刷电机转向和转速由树莓派Raspberry Pi控制器控制；传感器采集各种航行器运行的数据和环境数据；控制舱中包括树莓派Raspberry Pi控制器、湿度传感器、交换机、多轴陀螺仪、电子罗盘、电力调制解调器；高清摄像头位于航行器内部的控制舱外部；侧扫声呐、温度传感器、压力传感器、CTD、LED灯位于航行器外部；上位机可视化界面包括实现对树莓派Raspberry Pi控制器的控制的指令控制模块，数据传输可视化模块、轨迹可视化模块、姿态可视化模块、视频可视化模块。

进一步地，树莓派Raspberry Pi控制器是基于ARM的微型电脑主板，卡片主板周围有4个USB接口和一个以太网接口，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。

进一步地，树莓派Raspberry Pi控制器通过外接Micro SD CARD存储各个传感器的数据。