基于ARM的海洋环境探测机器人系统的设计与开发
海洋环境资源智能监测技术是海洋环境资源开发的重要组成部分和主要发展方向，是实现海洋环境实时监测、资源探测、海洋灾害预警和防治等的重要手段，对于国民经济、国防安全具有重要的意义。但是在环境恶劣的海区，载人监测船很难靠近进行实地勘测。为了克服载人监测船的缺陷，有必要开发一种智能化的海洋环境资源探测机器人。
本文研究基于ARM的海洋环境探测机器人系统的设计与开发。半潜式海洋环境探测机器人系统基于GPS技术和GPRS无线通信技术，配备了速度、摄像头等传感器，而且搭载了温度、深度传感器等海洋测量仪器设备，实现在远程控制中心对海洋环境进行实时监测。
本系统是一个融合计算机、电子、通信技术的软硬件综合体。硬件平台采用ARM9嵌入式微处理器。软件平台的核心，则是根据软件设计的需求采用了嵌入式Linux操作系统。本文内容主要涉及嵌入式Linux内核、文件系统的移植，Linux下GPS、传感器和基于V4L(Video For Linux)的图像信息的采集，基于GPRS网络的无线通信，以及基于VFH(Vector Field Histogram)的避障算法的改进。
论文首先分析了国内外海洋环境探测机器人的现状和发展趋势。介绍了嵌入式系统，ARM处理器，GPS的原理以及GPRS的网络结构。然后，提出了环境探测机器人系统的软硬件总体结构，并逐步对硬件平台和软件模块的设计进行了选择和细化。
软件设计中，首先完成了嵌入式系统的交叉编译环境搭建，然后完成了嵌入式Linux系统的内核、文件系统的编译和移植工作。之后，编写串口通信程序，对GPS和传感器信息进行采集和解析。同时，在嵌入式Linux系统中加载摄像头驱动，并编写基于V4L的图像采集程序，实现图像信息采集。最后，给出了嵌入式平台上通过GPRS无线模块接入网络的实现方法，并编写基于socket的网络通信程序，实现机器人端与远程监控平台的实时通信。
同时，由于探测机器人必须在三维环境中进行避障处理，所以本文在探测机器人上布置两层声纳来获取障碍物的三维信息，并提出一种改进的VFH算法，使其在三维空间内做到实时避障。仿真结果表明，该算法具有良好可行性和有效性。
最后本文对整个系统进行测试，分别在人工湖和近海中进行测试，验证了系统的可行性。
海洋环境探测;机器人;ARM;海洋环境资源;智能监测
中国海洋大学
硕士
计算机应用技术
魏志强
2008
中文
TP242
77
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）