[发明专利]一种基于STM32的有缆式水中机器人的控制方法

权利要求书

1.一种基于STM32的有缆式水中机器人的控制方法，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：建立所述一种基于STM32的有缆式水中机器人的控制系统；

一种基于STM32的有缆式水中机器人的控制系统包括MCU模块、摄像头模块、陀螺仪模块、磁力仪模块、加速度模块、驱动模块、电池检测模块、电源模块、锂电池组BAT1、恒流源供电模块、AD模块、压力传感器单元、温湿度变送器和混合电缆，摄像头模块通过BNC接口与MCU模块连接，陀螺仪模块与MCU的AD接口连接，磁力仪模块与MCU模块的IIC接口连接，加速度模块与MCU模块的IIC模块连接，驱动模块通过USB接口与MCU模块连接，驱动模块用于驱动外部推进器，温湿度变送器通过串口与MCU模块连接，压力传感器单元的输出端连接AD模块，AD模块与MCU的一组IO口连接，电源模块用来管理锂电池组BAT1，电源模块还为MCU模块、摄像头模块、陀螺仪模块、磁力仪模块、加速度模块、驱动模块、AD模块、温湿度变送器供电；

MCU模块通过混合电缆与上位机通信；

电池检测模块的输入端连接电源模块，电池检测模块的输出端连接MCU模块的一个IO口，恒流源供电模块的输入端连接电源模块，恒流源供电模块的输出端为压力传感器单元供电；

混合电缆包括串口总线和USB总线，MCU模块通过混合电缆与上位机通信；

所述电源模块包括锂电池管理芯片IC1及其外围电路、正电源稳压电路、负电源稳压电路、电池报警电路和电池电压甄别电路；

锂电池管理芯片IC1及其外围电路包括锂电池管理芯片IC1、电阻R22、LED灯D4、电阻R21、场效应管Q1、电容C8、电阻R20、电容C9、电阻R32、电阻R33、温度传感器NTC、电阻R34、电阻R25、电感L1、场效应管Q4、场效应管Q2、电容C11、二极管D5和电容C10，场效应管Q1的D极连接外部充电电源、G极通过电阻R20连接锂电池管理芯片IC1的3脚、S极连接VBAT电源，锂电池管理芯片IC1的20脚连接场效应管Q2的G极，场效应管Q2的D极输出VBAT电源；

温度传感器NTC连接锂电池管理芯片IC1的11脚；

正电源稳压电路包括三端稳压器IC3、电容C3和电容C4，三端稳压器IC3的输入端连接VBAT电源、输出端输出V+电源，电容C3和电容C4为三端稳压器IC3的输出滤波电容；

负电源稳压电路包括三端稳压器IC2、电容C1和电容C2，三端稳压器IC2的输入端连接VBAT电源、输出端输出V-电源，电容C1和电容C2为三端稳压器IC2的输出滤波电容；

电池报警电路包括三极管A3、电阻R24、电阻R23和反相器U1A，三极管A3的基极连接锂电池管理芯片IC1的2脚，电阻R23的一端连接VBAT电源、另一端连接锂电池管理芯片IC1的2脚，三极管A3的集电极连接VBAT电源、发射极连接地线，电阻R24的一端连接三极管A3的集电极、另一端连接反相器U1A的输入端，反相器U1A的输出端连接所述MCU模块；

电池电压甄别电路包括场效应管Q3、电阻R27、电阻R26、电阻R28、电位器R29、电阻R30、电阻R31和放大器IC4，场效应管Q3的D极连接VBAT电源、G极连接所述MCU模块的一个IO口、发射极连接电阻R27的一端，电阻R27的另一端通过电阻R26连接地线，放大器IC4的负输入端通过电位器R29连接地线，放大器IC4的负输入端通过电阻R30连接V+电源，放大器IC4的正输入端通过串联连接的电阻R28和电阻R26连接地线，电阻R31的一端连接放大器IC4的正输入端、另一端连接放大器IC4的输出端，放大器IC4的输入端连接所述MCU模块的一个IO口；

锂电池管理芯片IC1的型号为HB6296；

所述压力传感器单元包括压力传感器接口J1、电阻R6、电容C5、二极管D3、电阻R7、放大器IC6、电阻R11、电阻R10、电位器R9、电阻R15、电阻R8、电容C6、电容C7、电阻R16、放大器IC7、电阻R17、电位器R19和电阻R18；

压力传感器接口J1的1脚连接地线、2脚通过电阻R6输出压力信号P1、3脚连接VCC电源；

放大器IC7的正输入端通过串联连接的电容C6和电阻R15连接压力信号P1，放大器IC7的正输入端还通过电阻R16连接地线，电容C6和电阻R15的连接节点通过电容C7连接地线，电阻R8的一端连接放大器IC7的输出端、另一端连接电容C6的电阻R15的连接节点，放大器IC7的负输入端通过电阻R17连接放大器IC7的输出端，放大器IC7的输出端通过串联连接的电阻R17、电位器R19和电阻R18连接地线；

放大器IC7的输出端连接所述AD模块；

放大器IC6的负输入端通过电位器R9连接地线，放大器IC6的负输入端通过电阻R10连接V+电源，放大器IC6的正输入端通过电阻R7连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接所述压力信号P1，电阻R11的一端连接放大器IC6的正输入端、另一端连接放大器IC6的负输入端，放大器IC6的输出端连接所述MCU模块的一个IO口；

步骤2：MCU模块读取由摄像头模块、陀螺仪模块、磁力仪模块和加速度模块采集到的水下机器人的视频数据、姿态数据、磁力数据和速度数据，并通过混合电缆上传给上位机；

步骤3：MCU模块通过驱动模块来控制外部推进器，从而控制水下机器人的运动；

步骤4：电池报警电路实施检测锂电池管理芯片IC1的2脚，通过2脚监控锂电池组BAT1的温度，当温度过高时，锂电池管理芯片IC1的2脚输出为2Hz的脉冲值，三极管A3将该脉冲值传输到反相器U1A的输入端，反相器U1A将该脉冲值反向后，输出给MCU模块，MCU模块监测该脉冲值，当出现该脉冲值后，MCU模块判断电池出现问题，并通过控制驱动模块来控制水下机器人上浮；

步骤5：MCU模块控制场效应管Q3导通，电池电压甄别电路实时判断VBAT电源的输出值，并通过电位器R29设定一个电池电压参考值，当VBAT电源小于电池电压参考值时，MCU模块判断此时电池电压过低，并通过控制驱动模块来控制水下机器人上浮；

步骤7：MCU模块定时读取AD模块采集到的压力值，并通过压力值计算下潜深度；

步骤8：MCU模块设定一个深度阈值，放大器IC6构成的电压比较器实时甄别压力信号P1，通过电位器R9设置一个深度电压参考值，并通过放大器IC6的输出端将甄别信号发送给MCU模块，

MCU模块通过一个中断接收该甄别信号，当出现该甄别信号时，MCU模块判断下潜深度过深，并中断目前的工作，通过所述AD模块进行一次独立的采集动作，采集压力信号P1，并根据压力信号P1计算深度值，并判断深度值是否已经到达深度阈值：当到达时，MCU模块将深度值发送给上位机，并通过驱动模块控制水下机器人不再下潜。