一種基于超聲波測距的cps嵌入式水下傳感器定位裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，屬海洋控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括超聲波測距傳感器、測量電路、偏差增益電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、單片機(jī)控制模塊、LED燈、充氣泵、浮子開關(guān)、進(jìn)氣閥門、GPS模塊、電池組；其中，超聲波測距傳感器與測量電路相連接，測量電路與偏差增益電路相連接，偏差增益電路與A/D轉(zhuǎn)換電路相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路與功率放大電路相連接，功率放大電路與單片機(jī)控制模塊相連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、成本低廉、環(huán)保耐用，利用GPS遠(yuǎn)距離無線傳輸，將數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)對該物體的準(zhǔn)確定位，對深海探索與考古發(fā)掘起到重要作用。
【專利說明】
一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，屬于海洋控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今，隨著科技的進(jìn)步以及陸地上的資源不斷被開發(fā)利用，容易開采使得加工的礦石越來越少，然而海洋資源卻十分的豐富，另外在深?？脊磐诰蚍矫嫖覈灿兴婕?，加之聲學(xué)定位技術(shù)也廣泛的應(yīng)用于海洋工程、大洋調(diào)查、國防建設(shè)當(dāng)中，使得利用超聲波對小型潛艇或深海不明物體的定位有一定的研究價(jià)值。
[0003]本發(fā)明利用超聲波測距傳感器發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算物體距離裝置的距離，結(jié)合傳感器之間的幾何關(guān)系，建立三維坐標(biāo)，建立相應(yīng)的計(jì)算方程通過GPS模塊上傳到遠(yuǎn)程基站進(jìn)行分析，測出目標(biāo)的實(shí)際位置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、成本低廉、環(huán)保耐用，對深海資源探索與考古發(fā)掘起到重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明提供一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，以用于解決深海探索與考古發(fā)掘時(shí)，對深海物體的不能相對準(zhǔn)確定位的問題。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案是:一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，包括超聲波測距傳感器1、測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6、LED燈7、充氣栗8、浮子開關(guān)9、進(jìn)氣閥門1、GPS模塊11、電池組12;其中，超聲波測距傳感器I與測量電路2相連接，測量電路2與偏差增益電路3相連接，偏差增益電路3與A/D轉(zhuǎn)換電路4相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路4與功率放大電路5相連接，功率放大電路5與單片機(jī)控制模塊6相連接，單片機(jī)控制模塊6分別與LED燈7、充氣栗8、進(jìn)氣閥門10、GPS模塊11相連接，浮子開關(guān)9內(nèi)部含有繼電器電路，與進(jìn)氣閥門1相連接。
[0006]所述的超聲波測距傳感器I包括防護(hù)網(wǎng)13、防護(hù)網(wǎng)固定扣14、防撞墊15、防護(hù)殼16、固定螺絲17、漏水口 18、探頭19、晶片20、內(nèi)部固定卡21、基座22、信號(hào)傳輸線23;所述防護(hù)網(wǎng)13與防護(hù)網(wǎng)固定扣14相連接，防撞墊15安裝在防護(hù)殼16的表面上，固定螺絲17安裝在防護(hù)殼16的底部，漏水口 18安裝在防護(hù)殼16的底部;探頭19與晶片20相連接，內(nèi)部固定卡21安裝在防護(hù)殼16的內(nèi)部進(jìn)行基座22的固定，晶片20與基座22相連接，信號(hào)傳輸線23與晶片20相連接。
[0007]所述基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置還包括充氣管24、存水倉25、箱體26、浮漂固定架27、充氣浮漂28、進(jìn)水口 29、進(jìn)氣口 30、防水電源線31;其中，超聲波測距傳感器I安裝在箱體26的頂部四角，充氣栗8與充氣管24相連接，充氣管24與充氣浮漂28相連接，進(jìn)水口 29在箱體26的底部，進(jìn)氣口 30在箱體26的頂部與進(jìn)氣閥門10相連接，浮子開關(guān)9安裝在箱體26內(nèi)的存水倉內(nèi)部左上角45度方位，GPS模塊11安裝在箱體26的中間部位，防水電源線31與電池組12相連接為設(shè)備供電。
[0008]所述測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6可以密封安裝在箱體26內(nèi)。
[0009]所述的測量電路2包括開關(guān)31、32、33、34、電容(:1工2、03工4、05、電阻1?1、1?2、1?、尺4、1?5、1?6、運(yùn)算放大器0?1、0?2、0?3;所述的偏差增益電路3包括電阻1?7、1?8、1?9、1?10、運(yùn)算放大器0p4;其中，開關(guān)S2的一端輸入電壓，另一端分別與開關(guān)SI的一端、電容Cl、C2的一端相連，開關(guān)S1、電容Cl的另一端接地，電容C2的另一端分別與電容C3、開關(guān)S3、S4的一端相連，電容C3是另一端接地，開關(guān)S3、S4的另一端分別與運(yùn)算放大器0p2、0p3的正極輸入端相連；運(yùn)算放大器Opl的正極接電阻Rl的一端，并且Rl的另一端接地，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極接電阻R2的一端，R2的另一端接到Opl的輸出端，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極與電阻R3的一端相連接，電阻R3的另一端接到運(yùn)算放大器0P3的輸出端，電阻R4接到運(yùn)算放大器0p3的輸出端與負(fù)極之間，電容C5的一端接到0p3的負(fù)極，并且C5的另一端接地，開關(guān)S4的一端接到運(yùn)算放大器0p3的正極輸入端;運(yùn)算放大器Opl的正極與電阻R6的一端相連接，電阻R6的另一端與運(yùn)算放大器0p2的輸出端相連接，電阻R5接到運(yùn)算放大器0p2的輸出端和負(fù)極輸入端之間，電容C4接到0p2的負(fù)極輸入并接地，開關(guān)S3的一端接到運(yùn)算放大器0p2的正極輸入端，運(yùn)算放大器Opl的輸出端與可變電阻R9、運(yùn)算放大器0p4的負(fù)極輸入端相連接，0p4的正極輸入端接地，電阻R7、R8串聯(lián)連接接到運(yùn)算放大器0p4的輸出端，電阻R8與滑動(dòng)電阻RlO相連接。
[0010]所述的單片機(jī)控制模塊6包括芯片4了89052、電阻1?11、1?12、1?13、1?14、1?15、1?16、1?17、電容C6、C7、C8、晶振Yl;其中，芯片AT89C52管腳31與電阻R16相連接再與LED燈7連接，芯片八丁89052管腳17與電阻1?15相連接再與充氣栗8相連接，電阻1?11、1?12、1?13、1?14分別與浮子開關(guān)9內(nèi)部的繼電器開關(guān)相連接，再與進(jìn)氣閥門10相連接，芯片AT89C52的管腳25、26與晶振Yl的兩端相連接，電容C6、C7并聯(lián)在晶振Yl的兩端并接地，芯片管腳27與電容C8的一端相連接，電阻Rl7接到電容C8的一端，電阻Rl 7、電容C8的另一端均接地，按鍵Kl 一端接到電阻Rl 7與電容C8的中間的連線上，另一端接5V等電勢。
[0011]所述的超聲波測距傳感器I包括接收/發(fā)射探頭、芯片CX20106、芯片NE555、電阻尺18、1?19、1?20、1?21、1?22、1?23、1?24、電容09、(:10、(:11、(:12、運(yùn)算放大器0?5、0?6、0?7、0?8、0?9;其中，接收/發(fā)射探頭一端與運(yùn)算放大器0p5的輸出相連接，運(yùn)算放大器0p5、0p6并聯(lián)連接，電阻R22接到運(yùn)算放大器0p6的輸出端，運(yùn)算放大器0p5、0p6的輸入端相連接接到運(yùn)算放大器0p9的輸出端，接收/發(fā)射探頭的另一端與運(yùn)算放大器OpS的輸出端相連接，運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9并聯(lián)連接，電阻R21與運(yùn)算放大器0p7的輸出端相連接，運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9并聯(lián)連接接到芯片NE555的8號(hào)管腳，芯片NE555的管腳7接可變電阻R24，R24的另一端接5V等電勢，電阻R23接在芯片NE555的管腳7上并與電容C12串聯(lián)連接，芯片NE555的管腳5接地，管腳6接到電阻R23的另一端，管腳3、管腳7串聯(lián)連接，接收/發(fā)射探頭的一端與芯片CX20106的管腳I相連接，芯片CX20106的管腳2與電阻R18相連接后再與電容C9相連接再接到接收/發(fā)射探頭的另一端上，電容ClO—端與芯片CX20106的管腳3相連接，另一端并接地，芯片NE555的管腳4直接與接收/發(fā)射探頭的一端相連接，電阻R19—端與芯片CX20106的管腳5相連接，另一端與管腳8連接接入5V等電勢，芯片CX20106的管腳6與電容Cll相連接后再接地，電阻R20接到芯片CX20106的管腳5、管腳8之間。
[0012]本發(fā)明的工作原理是: 首先，將裝置放置于水面之上，使單片機(jī)控制模塊6控制進(jìn)氣閥門10打開，由于空氣與壓力關(guān)系，使得水被壓入裝置存水倉26內(nèi)增加裝置的自身重量而沉入水面以下，水進(jìn)入存水倉6后頂起浮子開關(guān)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門10使得裝置在液面下能夠位于一個(gè)固定的位置，從而點(diǎn)亮LED燈7表示裝置開始工作。工作時(shí)，超聲波測距傳感器的探頭19，進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送和收集；當(dāng)探頭19收集到投遞到物體上折返回來的信號(hào)后，將其通過測量電路、偏差增益電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和功率放大電路進(jìn)行處理，然后將處理過的信號(hào)傳入到單片機(jī)控制模塊進(jìn)行分析，將由單片機(jī)控制模塊6分析處理的信號(hào)傳輸?shù)紾PS模塊11進(jìn)行信息的無線定向發(fā)射，方便海平面上的人員數(shù)據(jù)收集和物體位置的計(jì)算。
[0013]當(dāng)裝置工作結(jié)束回收時(shí)，GPS模塊11收到回收指令，通過單片機(jī)控制模塊6發(fā)送給充氣栗一個(gè)脈沖信號(hào)，使其給裝置底部四角的充氣浮漂28進(jìn)行充氣，同時(shí)打開進(jìn)氣閥門10，使得存水倉26內(nèi)部的液體排除，并使得裝置上浮，當(dāng)裝置內(nèi)部的液體排凈，并浮出水面之后關(guān)閉進(jìn)氣閥門10，保證裝置無法在潛入水下。
[0014]超聲波測距傳感器I內(nèi)部探頭可以發(fā)射和接收超聲波，超聲波是一種振動(dòng)頻率較高的機(jī)械波，它具有高頻率、短波長、繞射現(xiàn)象小，對液體有較大的穿透力。當(dāng)設(shè)備工作時(shí)，首先由超聲波測距傳感器I內(nèi)部的芯片NE555產(chǎn)生一個(gè)超聲波脈沖信號(hào)，此信號(hào)由管腳7流經(jīng)電阻R23經(jīng)電容C12流入芯片NE555的管腳5形成自激勵(lì)，超神波脈沖由管腳8流入運(yùn)算放大器OpS的輸入端，信號(hào)分別流入運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9中進(jìn)行一級(jí)信號(hào)放大，經(jīng)過一級(jí)放大后的信號(hào)流入運(yùn)算放大器0p5、0p6當(dāng)中進(jìn)行二級(jí)放大，電阻R21接在運(yùn)算放大器0p7的輸出端并接上5V等電勢，電阻R22接在運(yùn)算放大器0p6的輸出端同樣接5V等電勢，最后通過探頭將超聲波發(fā)送出去；當(dāng)超聲波觸碰到物體之后反射回來一超聲波信號(hào)，該信號(hào)被探頭接收，部分信號(hào)由芯片CX20106的管腳I流入，部分信號(hào)流經(jīng)電容C9、電阻R18流入芯片CX20106的管腳2，芯片CX20106的管腳8接12V電壓，經(jīng)過芯片CX20106處理過的超聲波信號(hào)，由芯片管腳7輸出，將接收到超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸入到測量電路當(dāng)中進(jìn)行信號(hào)的測量。將轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)由Vl端輸入到測量電路之中，此時(shí)開關(guān)S1、S2、S3、S4關(guān)閉，電壓信號(hào)流經(jīng)電容C2，其中電容C1、C3接地分擔(dān)一定的電壓。部分電壓流入運(yùn)算放大器0p3的正極進(jìn)行放大器，電阻R5接在運(yùn)算放大器0p2的輸出端與負(fù)極之間，承擔(dān)一定電壓。部分電壓流入運(yùn)算放大器0p3的正極其工作原理與運(yùn)算放大器0p2—致。經(jīng)過運(yùn)算放大器0p2、0p3之后的電壓分別流經(jīng)電阻R6和R3分別流入運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極和正極中，電阻R2接在運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極和輸出端承擔(dān)一定的電壓。將經(jīng)過運(yùn)算放大器Opl的信號(hào)輸入到增益偏差電路當(dāng)中，即流經(jīng)可變電阻R9流入到運(yùn)算放大器0p4的負(fù)極當(dāng)中，可變電阻RlO與電阻R7、R8串聯(lián)接在運(yùn)算放大器0p4的輸出端。將接受到的模擬信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行量化(此處的A/D轉(zhuǎn)換的技術(shù)屬于常規(guī)技術(shù))，將量化后的數(shù)字信號(hào)輸入到功率放大電路當(dāng)中(此處的功率放大技術(shù)屬于常規(guī)技術(shù))。在論文(梁軍，趙揚(yáng).發(fā)表的《基于單片機(jī)技術(shù)的超聲波測距》，東南大學(xué)，2010.05.28中提到“各探頭的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)超聲波測距儀的各種功能”，因此用單片機(jī)控制超聲波測距儀進(jìn)行測距是比較通用的方法)因此，將經(jīng)過量化和放大后的超聲波信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行分析，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備控制。首先，單片機(jī)AT89C52接收到GPS模塊11傳來的信息打開進(jìn)氣閥門10，使得設(shè)備可以存儲(chǔ)水量而下沉，海水從裝置底部的進(jìn)水口29進(jìn)入存水倉25當(dāng)中，當(dāng)水量頂起浮子開關(guān)9時(shí)，其內(nèi)部的繼電器開關(guān)啟動(dòng)關(guān)緊進(jìn)氣閥門10，使得裝置在深海保持一定的深度。此時(shí)超聲波測距傳感器如上所述開始工作并點(diǎn)亮LED燈7，顯示設(shè)備開始工作，將測得的超聲波信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行分析，將收集到的信息通過GPS模塊11傳送到基站匯總，多個(gè)裝置在深海中的不同深度可以形成一個(gè)三維定位的方式，對物體進(jìn)行定位；當(dāng)工作結(jié)束時(shí)，基站會(huì)向裝置內(nèi)部的GPS模塊11發(fā)送上浮的信號(hào)，單片機(jī)控制充氣栗8向充氣浮漂28進(jìn)行充氣，同時(shí)打開進(jìn)氣閥門，通過深海的壓力將存水倉25內(nèi)部的水量排除以及充氣浮漂28的浮力，將裝置浮出海面進(jìn)行回收。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活、成本低廉、環(huán)保耐用，可以通過超聲波測距傳感器測到與深海物體之間的距離，利用多個(gè)裝置上的超聲波測距傳感器形成三維定位，利用GPS遠(yuǎn)距離無線傳輸，將數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)對該物體的準(zhǔn)確定位，對深海探索與考古發(fā)掘起到重要作用。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的內(nèi)部電路連接框圖；
圖2是本發(fā)明的超聲波測距傳感器外部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的超聲波測距傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的剖面圖；
圖5是本發(fā)明的俯視圖；
圖6是本發(fā)明的測量電路與偏差增益電路連接電路圖；
圖7是本發(fā)明的單片機(jī)控制模塊電路圖；
圖8是本發(fā)明的超聲波測距傳感器內(nèi)部發(fā)射/接收電路圖。
[0017]圖卜8中各標(biāo)號(hào)為:1_超聲波測距傳感器、2-測量電路、3-偏差增益電路、4-A/D轉(zhuǎn)換電路、5-功率放大電路、6-單片機(jī)控制模塊、7-LED燈、8-充氣栗、9-浮子開關(guān)、10-進(jìn)氣閥門、11-GPS模塊、12-電池組、13-防護(hù)網(wǎng)、14-防護(hù)網(wǎng)固定扣、15-防撞墊、16-防護(hù)殼、17-緊固螺絲、18-漏水口、19-探頭、20-晶片、21-內(nèi)部固定卡、22-基座、23-信號(hào)傳輸線、24-充氣管、25-存水倉、26-箱體、27-浮漂固定架、28-充氣浮漂、29-進(jìn)水口、30-進(jìn)氣口、31-防水電源線。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]實(shí)施例1:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，包括超聲波測距傳感器1、測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6、LED燈7、充氣栗8、浮子開關(guān)9、進(jìn)氣閥門1、GPS模塊11、電池組12;其中，超聲波測距傳感器I與測量電路2相連接，測量電路2與偏差增益電路3相連接，偏差增益電路3與A/D轉(zhuǎn)換電路4相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路4與功率放大電路5相連接，功率放大電路5與單片機(jī)控制模塊6相連接，單片機(jī)控制模塊6分別與LED燈7、充氣栗8、進(jìn)氣閥門10、GPS模塊11相連接，浮子開關(guān)9內(nèi)部含有繼電器電路，與進(jìn)氣閥門10相連接。
[0020]實(shí)施例2:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，其中:
所述的超聲波測距傳感器I包括防護(hù)網(wǎng)13、防護(hù)網(wǎng)固定扣14、防撞墊15、防護(hù)殼16、固定螺絲17、漏水口 18、探頭19、晶片20、內(nèi)部固定卡21、基座22、信號(hào)傳輸線23;所述防護(hù)網(wǎng)13與防護(hù)網(wǎng)固定扣14相連接，防撞墊15安裝在防護(hù)殼16的表面上，固定螺絲17安裝在防護(hù)殼16的底部，漏水口 18安裝在防護(hù)殼16的底部;探頭19與晶片20相連接，內(nèi)部固定卡21安裝在防護(hù)殼16的內(nèi)部進(jìn)行基座22的固定，晶片20與基座22相連接，信號(hào)傳輸線23與晶片20相連接。[0021 ]實(shí)施例3:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，本實(shí)施例與實(shí)施例2相同，其中:
所述基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置還包括充氣管24、存水倉25、箱體26、浮漂固定架27、充氣浮漂28、進(jìn)水口 29、進(jìn)氣口 30、防水電源線31;其中，超聲波測距傳感器I安裝在箱體26的頂部四角，充氣栗8與充氣管24相連接，充氣管24與充氣浮漂28相連接，進(jìn)水口 29在箱體26的底部，進(jìn)氣口 30在箱體26的頂部與進(jìn)氣閥門10相連接，浮子開關(guān)9安裝在箱體26內(nèi)的存水倉內(nèi)部左上角45度方位，GPS模塊11安裝在箱體26的中間部位，防水電源線31與電池組12相連接為設(shè)備供電。
[0022]所述測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6可以密封安裝在箱體26內(nèi)。
[0023]實(shí)施例4:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，本實(shí)施例與實(shí)施例3相同，其中:
所述測量電路2包括開關(guān)31、32、33、34、電容(:1工2、03工4、05、電阻1?1、1?2、1?、1?4、1?5、尺6、運(yùn)算放大器0?1、0?2、0?3;所述的偏差增益電路3包括電阻1?7、1?8、1?9、1?10、運(yùn)算放大器0p4;其中，開關(guān)S2的一端輸入電壓，另一端分別與開關(guān)SI的一端、電容Cl、C2的一端相連，開關(guān)S1、電容Cl的另一端接地，電容C2的另一端分別與電容C3、開關(guān)S3、S4的一端相連，電容C3是另一端接地，開關(guān)S3、S4的另一端分別與運(yùn)算放大器0p2、0p3的正極輸入端相連;運(yùn)算放大器Opl的正極接電阻Rl的一端，并且Rl的另一端接地，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極接電阻R2的一端，R2的另一端接到Opl的輸出端，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極與電阻R3的一端相連接，電阻R3的另一端接到運(yùn)算放大器0P3的輸出端，電阻R4接到運(yùn)算放大器0p3的輸出端與負(fù)極之間，電容C5的一端接到0p3的負(fù)極，并且C5的另一端接地，開關(guān)S4的一端接到運(yùn)算放大器0p3的正極輸入端;運(yùn)算放大器Opl的正極與電阻R6的一端相連接，電阻R6的另一端與運(yùn)算放大器0p2的輸出端相連接，電阻R5接到運(yùn)算放大器0p2的輸出端和負(fù)極輸入端之間，電容C4接到0p2的負(fù)極輸入并接地，開關(guān)S3的一端接到運(yùn)算放大器0p2的正極輸入端，運(yùn)算放大器Opl的輸出端與可變電阻R9、運(yùn)算放大器0p4的負(fù)極輸入端相連接，0p4的正極輸入端接地，電阻R7、R8串聯(lián)連接接到運(yùn)算放大器0p4的輸出端，電阻R8與滑動(dòng)電阻RlO相連接。
[0024]實(shí)施例5:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，本實(shí)施例與實(shí)施例4相同，其中:
所述單片機(jī)控制模塊6包括芯片六了89052、電阻1?11、1?12、1?13、1?14、1?15、1?16、1?17、電容C6、C7、C8、晶振Yl;其中，芯片AT89C52管腳31與電阻R16相連接再與LED燈7連接，芯片八丁89052管腳17與電阻1?15相連接再與充氣栗8相連接，電阻1?11、1?12、1?13、1?14分別與浮子開關(guān)9內(nèi)部的繼電器開關(guān)相連接，再與進(jìn)氣閥門10相連接，芯片AT89C52的管腳25、26與晶振Yl的兩端相連接，電容C6、C7并聯(lián)在晶振Yl的兩端并接地，芯片管腳27與電容C8的一端相連接，電阻Rl7接到電容C8的一端，電阻Rl 7、電容C8的另一端均接地，按鍵Kl 一端接到電阻Rl 7與電容C8的中間的連線上，另一端接5V等電勢。
[0025]實(shí)施例6:如圖1-8所示，一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，包括超聲波測距傳感器1、測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6、LED燈7、充氣栗8、浮子開關(guān)9、進(jìn)氣閥門1、GPS模塊11、電池組12;其中，超聲波測距傳感器I與測量電路2相連接，測量電路2與偏差增益電路3相連接，偏差增益電路3與A/D轉(zhuǎn)換電路4相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路4與功率放大電路5相連接，功率放大電路5與單片機(jī)控制模塊6相連接，單片機(jī)控制模塊6分別與LED燈7、充氣栗8、進(jìn)氣閥門10、GPS模塊11相連接，浮子開關(guān)9內(nèi)部含有繼電器電路，與進(jìn)氣閥門10相連接。
[0026]所述的超聲波測距傳感器I包括防護(hù)網(wǎng)13、防護(hù)網(wǎng)固定扣14、防撞墊15、防護(hù)殼16、固定螺絲17、漏水口 18、探頭19、晶片20、內(nèi)部固定卡21、基座22、信號(hào)傳輸線23;所述防護(hù)網(wǎng)13與防護(hù)網(wǎng)固定扣14相連接，防撞墊15安裝在防護(hù)殼16的表面上，固定螺絲17安裝在防護(hù)殼16的底部，漏水口 18安裝在防護(hù)殼16的底部;探頭19與晶片20相連接，內(nèi)部固定卡21安裝在防護(hù)殼16的內(nèi)部進(jìn)行基座22的固定，晶片20與基座22相連接，信號(hào)傳輸線23與晶片20相連接。
[0027]所述基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置還包括充氣管24、存水倉25、箱體26、浮漂固定架27、充氣浮漂28、進(jìn)水口 29、進(jìn)氣口 30、防水電源線31;其中，超聲波測距傳感器I安裝在箱體26的頂部四角，充氣栗8與充氣管24相連接，充氣管24與充氣浮漂28相連接，進(jìn)水口 29在箱體26的底部，進(jìn)氣口 30在箱體26的頂部與進(jìn)氣閥門10相連接，浮子開關(guān)9安裝在箱體26內(nèi)的存水倉內(nèi)部左上角45度方位，GPS模塊11安裝在箱體26的中間部位，防水電源線31與電池組12相連接為設(shè)備供電。
[0028]所述測量電路2、偏差增益電路3、A/D轉(zhuǎn)換電路4、功率放大電路5、單片機(jī)控制模塊6可以密封安裝在箱體26內(nèi)。
[0029]所述測量電路2包括開關(guān)31、32、33、34、電容(:1工2、03工4、05、電阻1?1、1?2、1?3、1?4、尺5、1?6、運(yùn)算放大器0?1、0?2、0?3;所述的偏差增益電路3包括電阻1?7、1?8、1?9、1?10、運(yùn)算放大器0p4;其中，開關(guān)S2的一端輸入電壓，另一端分別與開關(guān)SI的一端、電容Cl、C2的一端相連，開關(guān)S1、電容Cl的另一端接地，電容C2的另一端分別與電容C3、開關(guān)S3、S4的一端相連，電容C3是另一端接地，開關(guān)S3、S4的另一端分別與運(yùn)算放大器0p2、0p3的正極輸入端相連;運(yùn)算放大器Op I的正極接電阻Rl的一端，并且Rl的另一端接地，運(yùn)算放大器Op I的負(fù)極接電阻R2的一端，R2的另一端接到Opl的輸出端，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極與電阻R3的一端相連接，電阻R3的另一端接到運(yùn)算放大器0P3的輸出端，電阻R4接到運(yùn)算放大器0p3的輸出端與負(fù)極之間，電容C5的一端接到0p3的負(fù)極，并且C5的另一端接地，開關(guān)S4的一端接到運(yùn)算放大器0p3的正極輸入端;運(yùn)算放大器Opl的正極與電阻R6的一端相連接，電阻R6的另一端與運(yùn)算放大器0p2的輸出端相連接，電阻R5接到運(yùn)算放大器0p2的輸出端和負(fù)極輸入端之間，電容C4接至IJOp2的負(fù)極輸入并接地，開關(guān)S3的一端接到運(yùn)算放大器0p2的正極輸入端，運(yùn)算放大器Opl的輸出端與可變電阻R9、運(yùn)算放大器0p4的負(fù)極輸入端相連接，0p4的正極輸入端接地，電阻R7、R8串聯(lián)連接接到運(yùn)算放大器0p4的輸出端，電阻R8與滑動(dòng)電阻RlO相連接。
[0030]所述單片機(jī)控制模塊6包括芯片4了89052、電阻1?11、1?12、1?13、1?14、1?15、1?16、1?17、電容C6、C7、C8、晶振Yl;其中，芯片AT89C52管腳31與電阻R16相連接再與LED燈7連接，芯片八丁89052管腳17與電阻1?15相連接再與充氣栗8相連接，電阻1?11、1?12、1?13、1?14分別與浮子開關(guān)9內(nèi)部的繼電器開關(guān)相連接，再與進(jìn)氣閥門10相連接，芯片AT89C52的管腳25、26與晶振Yl的兩端相連接，電容C6、C7并聯(lián)在晶振Yl的兩端并接地，芯片管腳27與電容C8的一端相連接，電阻Rl7接到電容C8的一端，電阻Rl 7、電容C8的另一端均接地，按鍵Kl 一端接到電阻Rl 7與電容C8的中間的連線上，另一端接5V等電勢。
[0031]所述超聲波測距傳感器I包括接收/發(fā)射探頭、芯片CX20106、芯片NE555、電阻R18、尺19、1?20、1?21、1?22、1?23、1?24、電容09、(:10、(:11、(:12、運(yùn)算放大器0?5、0?6、0?7、0?8、0?9;其中，接收/發(fā)射探頭一端與運(yùn)算放大器0p5的輸出相連接，運(yùn)算放大器0p5、0p6并聯(lián)連接，電阻R22接到運(yùn)算放大器0p6的輸出端，運(yùn)算放大器0p5、0p6的輸入端相連接接到運(yùn)算放大器0p9的輸出端，接收/發(fā)射探頭的另一端與運(yùn)算放大器OpS的輸出端相連接，運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9并聯(lián)連接，電阻R21與運(yùn)算放大器0p7的輸出端相連接，運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9并聯(lián)連接接到芯片NE555的8號(hào)管腳，芯片NE555的管腳7接可變電阻R24，R24的另一端接5V等電勢，電阻R23接在芯片NE555的管腳7上并與電容C12串聯(lián)連接，芯片NE555的管腳5接地，管腳6接到電阻R23的另一端，管腳3、管腳7串聯(lián)連接，接收/發(fā)射探頭的一端與芯片CX20106的管腳I相連接，芯片CX20106的管腳2與電阻R18相連接后再與電容C9相連接再接到接收/發(fā)射探頭的另一端上，電容ClO—端與芯片CX20106的管腳3相連接，另一端并接地，芯片NE555的管腳4直接與接收/發(fā)射探頭的一端相連接，電阻R19—端與芯片CX20106的管腳5相連接，另一端與管腳8連接接入5V等電勢，芯片CX20106的管腳6與電容Cll相連接后再接地，電阻R20接到芯片CX20106的管腳5、管腳8之間。
[0032]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:包括超聲波測距傳感器(I)、測量電路(2)、偏差增益電路(3)、A/D轉(zhuǎn)換電路(4)、功率放大電路(5)、單片機(jī)控制模塊(6 )、LED燈(7 )、充氣栗(8 )、浮子開關(guān)(9 )、進(jìn)氣閥門(1 )、GPS模塊(11)、電池組(12 );其中，超聲波測距傳感器(I)與測量電路(2 )相連接，測量電路(2)與偏差增益電路(3)相連接，偏差增益電路(3)與A/D轉(zhuǎn)換電路(4)相連接，A/D轉(zhuǎn)換電路(4)與功率放大電路(5)相連接，功率放大電路(5 )與單片機(jī)控制模塊(6 )相連接，單片機(jī)控制模塊(6 )分別與LED燈(7)、充氣栗(8)、進(jìn)氣閥門(10)、GPS模塊(11)相連接，浮子開關(guān)(9)內(nèi)部含有繼電器電路，與進(jìn)氣閥門(1 )相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:所述的超聲波測距傳感器(I)包括防護(hù)網(wǎng)(13)、防護(hù)網(wǎng)固定扣(14)、防撞墊(15)、防護(hù)殼(16)、固定螺絲(17)、漏水口(18)、探頭(19)、晶片(20)、內(nèi)部固定卡(21)、基座(22)、信號(hào)傳輸線(23);所述防護(hù)網(wǎng)(13)與防護(hù)網(wǎng)固定扣(14)相連接，防撞墊(15)安裝在防護(hù)殼(16)的表面上，固定螺絲(17 )安裝在防護(hù)殼(16)的底部，漏水口( 18)安裝在防護(hù)殼(16 )的底部;探頭(19)與晶片(20)相連接，內(nèi)部固定卡(21)安裝在防護(hù)殼(16)的內(nèi)部進(jìn)行基座(22)的固定，晶片(20)與基座(22)相連接，信號(hào)傳輸線(23)與晶片(20)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:還包括充氣管(24)、存水倉(25)、箱體(26)、浮漂固定架(27)、充氣浮漂(28)、進(jìn)水口(29),進(jìn)氣口(30)、防水電源線(31);其中，超聲波測距傳感器(I)安裝在箱體(26)的頂部四角，充氣栗(8)與充氣管(24)相連接，充氣管(24)與充氣浮漂(28)相連接，進(jìn)水口(29)在箱體(26 )的底部，進(jìn)氣口( 30 )在箱體(26 )的頂部與進(jìn)氣閥門(1 )相連接，浮子開關(guān)(9 )安裝在箱體(26 )內(nèi)的存水倉內(nèi)部左上角45度方位，GPS模塊(11)安裝在箱體(26 )的中間部位，防水電源線(31)與電池組(12 )相連接為設(shè)備供電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:所述的測量電路(2)包括開關(guān)31、32、33、34、電容(:1工2、03工4、05、電阻1?1、1?2、1?、1?4、尺5、1?6、運(yùn)算放大器0?1、0?2、0?3;所述的偏差增益電路(3)包括電阻1?7、1?8、1?9、1?10、運(yùn)算放大器0p4;其中，開關(guān)S2的一端輸入電壓，另一端分別與開關(guān)SI的一端、電容Cl、C2的一端相連，開關(guān)S1、電容Cl的另一端接地，電容C2的另一端分別與電容C3、開關(guān)S3、S4的一端相連，電容C3是另一端接地，開關(guān)S3、S4的另一端分別與運(yùn)算放大器Op2、Op3的正極輸入端相連；運(yùn)算放大器Opl的正極接電阻Rl的一端，并且Rl的另一端接地，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極接電阻R2的一端，R2的另一端接到Opl的輸出端，運(yùn)算放大器Opl的負(fù)極與電阻R3的一端相連接，電阻R3的另一端接到運(yùn)算放大器0P3的輸出端，電阻R4接到運(yùn)算放大器0p3的輸出端與負(fù)極之間，電容C5的一端接到0p3的負(fù)極，并且C5的另一端接地，開關(guān)S4的一端接到運(yùn)算放大器0p3的正極輸入端;運(yùn)算放大器Opl的正極與電阻R6的一端相連接，電阻R6的另一端與運(yùn)算放大器0p2的輸出端相連接，電阻R5接到運(yùn)算放大器0p2的輸出端和負(fù)極輸入端之間，電容C4接到0p2的負(fù)極輸入并接地，開關(guān)S3的一端接到運(yùn)算放大器0p2的正極輸入端，運(yùn)算放大器Opl的輸出端與可變電阻R9、運(yùn)算放大器0p4的負(fù)極輸入端相連接，0p4的正極輸入端接地，電阻R7、R8串聯(lián)連接接到運(yùn)算放大器0p4的輸出端，電阻R8與滑動(dòng)電阻RlO相連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:所述的單片機(jī)控制模塊(6)包括芯片六了89052、電阻1?11、1?12、1?13、1?14、1?15、1?16、1?17、電容C6、C7、C8、晶振Yl;其中，芯片AT89C52管腳31與電阻R16相連接再與LED燈(7)連接，芯片AT89C52管腳17與電阻R15相連接再與充氣栗(8)相連接，電阻R11、R12、R13、R14分別與浮子開關(guān)(9)內(nèi)部的繼電器開關(guān)相連接，再與進(jìn)氣閥門(10)相連接，芯片AT89C52的管腳25、26與晶振Yl的兩端相連接，電容C6、C7并聯(lián)在晶振Yl的兩端并接地，芯片管腳27與電容C8的一端相連接，電阻R17接到電容C8的一端，電阻R17、電容C8的另一端均接地，按鍵Kl一端接到電阻Rl 7與電容C8的中間的連線上，另一端接5V等電勢。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波測距的CPS嵌入式水下傳感器定位裝置，其特征在于:所述的超聲波測距傳感器(I)包括接收/發(fā)射探頭、芯片CX20106、芯片NE555、電阻R18、尺19、1?20、1?21、1?22、1?23、1?24、電容09、(:10、(:11、(:12、運(yùn)算放大器0?5、0?6、0?7、0?8、0?9;其中，接收/發(fā)射探頭一端與運(yùn)算放大器Op5的輸出相連接，運(yùn)算放大器Op5、Op6并聯(lián)連接，電阻R22接到運(yùn)算放大器Op6的輸出端，運(yùn)算放大器Op5、Op6的輸入端相連接接到運(yùn)算放大器Op9的輸出端，接收/發(fā)射探頭的另一端與運(yùn)算放大器OpS的輸出端相連接，運(yùn)算放大器Op7、0p8、0p9并聯(lián)連接，電阻R21與運(yùn)算放大器0p7的輸出端相連接，運(yùn)算放大器0p7、0p8、0p9并聯(lián)連接接到芯片NE555的8號(hào)管腳，芯片NE555的管腳7接可變電阻R24，R24的另一端接5V等電勢，電阻R23接在芯片NE555的管腳7上并與電容C12串聯(lián)連接，芯片NE555的管腳5接地，管腳6接到電阻R23的另一端，管腳3、管腳7串聯(lián)連接，接收/發(fā)射探頭的一端與芯片CX20106的管腳I相連接，芯片CX20106的管腳2與電阻R18相連接后再與電容C9相連接再接到接收/發(fā)射探頭的另一端上，電容ClO—端與芯片CX20106的管腳3相連接，另一端并接地，芯片NE555的管腳4直接與接收/發(fā)射探頭的一端相連接，電阻R19—端與芯片CX20106的管腳5相連接，另一端與管腳8連接接入5V等電勢，芯片CX20106的管腳6與電容Cll相連接后再接地，電阻R20接到芯片CX20106的管腳5、管腳8之間。
【文檔編號(hào)】G01S5/16GK105929404SQ201610261192
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】范洪博, 史舒鵬, 張晶, 薛冷, 肖智斌, 吳晟, 湯守國, 李潤鑫, 孫俊, 賈連印, 潘盛旻
【申請人】昆明理工大學(xué)