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1、基于单片机和模糊控制的浮标自动防碰撞系统122刘素花,李思忍,徐永平(1.青岛理工大学,山东青岛266520;2.中国科学院海洋研究所,山东青岛266071)摘要:针对海洋观测浮标易受过往船只碰撞及恶劣天气的影响而损坏,提出了基于单片机和模糊控制的浮标自动防碰撞系统。该系统以C8051F340单片机作为核心控制芯片,设计了控制系统的软硬件,实现了信号的采集、处理、分析和传送。以距离、风速信号及其变化量作为输入变量,建立了相应的模糊控制规则和控制算法,设计了模糊控制器,为浮标长期、安全运行提供了保证,并为海洋测量仪器实现智能化控制奠定了基础。关键词:浮标;防碰
2、撞;单片机;模糊控制中图分类号:TP24文献标识码:A文章编号:1000-3096(2010)10-0057-05海洋观测仪器是海洋观测的工具和手段,作为环境监测系统的一项研究内容。节能型自治式多功海上现场观测的传统仪器,海洋浮标在研究海洋和能海洋环境监测系统将定点锚泊潜标和浮标技术相大气的相互作用及全球气候变化、预报全球性和地结合,并创新性地融进了节能技术,具有良好的传区性海洋灾害、海洋污染监测、卫星遥感数据真实感器扩充功能,可根据终端用户的需要,搭载不同性校验、以及作为平台用于水声通讯和水下定位等的气象、水文和水质等传感器,能够测量海气交界面方面发挥了重
3、要作用[1]。但目前国内外大多数浮标都的水文气象参数,同时又能够进行海水次表层水质是在海面上漂浮或任其在海上漂流,这样一旦遇到参数的连续垂直剖面测量,在有海上交通工具经过大风大浪,浮标就会丢失或者损坏,不利于数据的或遇到恶劣的海面海况时,系统能够下潜到50m的采集,而且现在提倡环保,如若浮标丢失或损坏,以深度进行避让。此套系统具有节省能源、可长期服至于不能正常收回,就会对海洋造成越来越多的污役、多参数和连续剖面测量、自治性工作强的特点。染,给海洋生态造成越来越多的危害。同时,测量海它是一种独创的,海洋军事、海洋研究和海上工程建气交界面参数的搭载平台由于位于海
4、表面上,若长设前期调查等急需的,实用性极强的海上测量系统。系统结构示意图如图1所示。时间锚泊在海表面上,很容易受到海上过往交通工设计的浮标式搭载平台自动防触碰系统主要由具和恶劣风浪的影响,因此本系统的主要功能是能[5,6]信息收集、数据处理和行动决策三部分组成。信够根据环境的变化自动避让防碰撞,自动检测海上息收集就是通过测距传感器自动监测海上过往交通过往交通工具到自身的距离以及海上风浪的情况,工具的状况和由水文气象传感器监测海上风浪的情在必要的时候,自动下潜到水下一定深度(例如水下况。数据处理是通过采集到的数据与事先设定的条50m),这样可以保证在不利于系
5、统安全的因素出现件进行态势评估,并将处理后的数据传送到控制中时,使系统及时潜伏避让,可有效地保证整套系统心。行动决策就是控制中心发出命令,确定浮标式搭的安全性,同时减小设备损坏或丢失给海洋带来的载平台下潜与否等情况。这样可以保证在不利于系污染。统安全的因素出现时,使系统及时潜伏避让。在此防1防触碰系统的总体设计触碰系统的设计中,建立合适的避碰模型,选择合就目前而言,在国内外各种海洋要素测量仪器收稿日期:2009-05-31;修回日期:2010-08-04的研究中,防碰撞性能的应用还不多,主要用于船基金项目:国家863计划项目(2008AA09Z113);国家
6、自然科学基金[2,3]舶航海,自治式水下机器人和自治式水下航行项目(40776061);山东省自然科学基金项目(Y2008G05)器[4]。本项研究是国家高技术研究发展计划(863计划)作者简介:刘素花(1970-),女,山东青州人,博士研究生,主要从事检测、自动控制等方面的教学与研究,电话:0532-82898737,E-mail:海洋环境立体监测技术中节能型自治式多功能海洋liusuhua@qtech.edu.cnMarineSciences/Vol.34,No.10/201057适的控制方法,进而设计合适的控制器,是保证系单片机经过相应的软件算法把数字
7、信号转换成距离统能够实时避碰防损坏的关键。防触碰系统硬件原和风速值,单片机将实测值与其内设距离、风速值相理图如图2所示。比较,计算出偏差,再调用模糊控制算法程序,由模糊控制器输出控制量,从而驱动电机使浮标避让。本设计中,激光测距传感器选用Dimetix的DLS-A15,其测程为0.2～200m,测量精度达±1.5mm,采用串行接口方式;环境气象监测仪采用美国R.MYoung公司的高精度、坚固耐用工业级气象传感器组成的EMM-03型环境监测气象仪,可监测风向、风速、空气湿度、相对湿度、大气压力5个参数;串行收发模块采用MAX3223芯片。单片机选用C8051F
8、340。C8051F340设备是完全集成的混合信号片
