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随着水污染问题的不断恶化,水产品和人类的水源不断受到影响,这对人类的生存发展产生了很大的阻碍,因此有效地检测污染源对水资源的保护有着深刻的意义。然而传统的水质检测装置存在监测不灵活和机动性差等缺点,结合鱼类的诸多优势,对鱼类进行仿生研制仿生机器鱼,能够有效地解决以上问题。另外,机器鱼通常运行于野外水环境中,并且自身携带的电池电量又十分有限,这极大地限制了仿生机器鱼的应用。通过研究机器鱼尾鳍的运动能耗,延长机器鱼在复杂环境中的工作时间,从而可以提高机器鱼的实用性。本论文依托国家自然科学基金项目——机器鱼传感网络的低能耗协作调度关键技术研究(项目编号:61472050),以鲹科鱼类为模仿对象,设计与实现一种尾鳍摆动式机器鱼,并建立其尾鳍运动能耗模型。主要内容如下:(1)基于微处理器S3C2440A和嵌入式Linux操作系统,设计与实现机器鱼。该机器鱼采用单关节尾鳍驱动自身直游和转弯,并通过自身所携带的温度传感器、GPS、浊度传感器、远红外传感器以及姿态传感器等采集内外部信息,通过ZigBee无线通信模块实现机器鱼与上位机之间的通信。文中将机器鱼系统设计分为硬件电路设计和软件设计两个部分。硬件电路部分包括机器鱼硬件电路的设计与调试。软件设计包括嵌入式Linux操作系统的应用程序与驱动程序设计。最后,在软硬件测试通过之后,对机器鱼进行组装、配重和防水等处理,完成机器鱼的调试工作,并建立机器鱼的实验平台,完成机器鱼的基本性能实验。(2)机器鱼尾鳍运动能耗是总能耗的重要组成部分,为了延长机器鱼的工作时间,本论文针对机器鱼尾鳍运动能耗进行研究。由于机器鱼尾鳍通过模仿鲹科鱼类的尾鳍游动规律进行摆动,该游动规律与尾鳍摆动幅度、摆动偏角以及摆动频率三个参数有关,因此尾鳍运动能耗也受到该三个参数的影响。通过设计能耗测量电路,测得机器鱼尾鳍在不同摆动参数下的电流和电压,经数据处理获得尾鳍的能耗数据;建立机器鱼尾鳍运动能耗模型,并通过实验验证该模型。