一种机器鱼尾鳍能耗监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种机器鱼尾鳍能耗监测系统。该系统包括：测流电阻、运算放大器、模数转换模块、主控制器和上位机，所述测流电阻串联在舵机的供电电路中，所述运算放大器的两端与所述测流电阻的两端相连接，所述运算放大器用于将所述测流电阻两端的电压放大，所述模数转换模块与所述运算放大器相连接，所述模数转换模块用于将运算放大器放大后的模拟电压转换为数字电压信号，所述主控制器与所述模数转换模块相连接，所述主控制器用于控制将所述数字电压信号传输至所述上位机。该机器鱼尾鳍能耗监测系统具有结构简单、测量精度高、能够适应有水环境的优势。

Energy consumption monitoring system for tail fin of machine

The utility model discloses an energy consumption monitoring system for a fish tail fin of a machine. The system includes: a current measuring resistor, operational amplifier, analog-to-digital conversion module, main controller and PC, the flow measuring resistor in series in the power supply circuit of the steering gear, both ends of the two ends of the operational amplifier and the current measuring resistor is connected with the operational amplifier voltage for the flow measurement of the resistor the amplifier, the analog-to-digital conversion module and the operational amplifier is connected with the analog-to-digital conversion module is used to convert the analog voltage operational amplifier of the digital voltage signal, the main controller and the analog-to-digital conversion module is connected to the main controller used to control the voltage to the digital signal transmission the PC. The tail fin energy consumption monitoring system of this machine has the advantages of simple structure, high measuring accuracy and being able to adapt to the water environment.

【技术实现步骤摘要】
一种机器鱼尾鳍能耗监测系统
本技术涉及检测领域，特别是涉及一种机器鱼尾鳍能耗监测系统。
技术介绍
机器鱼尾鳍的摆动为机器鱼运动提供动力，尾鳍摆动时的摆幅、摆动频率以及初始偏角都影响着整个系统的功耗。针对能耗分析的主要技术手段分为两大类，即软件仿真方法和硬件实验方法。软件仿真方法有：NS-2,OPNET,SensorSim以及Samovar等。外部实验的方法电流探针法、基于软件探针等方法。电流探针法利用电流探针采集输出电压，即利用电流探针将采集的电流信号转换成电压信号，根据线性函数方程计算消耗的能量。软件探针法通过插入能耗测量代码，并配合外部硬件电路计算节点能耗，如SOPT系统(传感器网络功耗监测系统)，该系统包括四个部分：①被测部分，包括无线传感网平台以及电池；②验证校准部分，如数字万用表；③数据获取部分，包括抗干扰电流探针以及信号调理和数据采集模块；④PC部分，主要用于记录分析数据。如Dutta(传感器网络功耗调度器)使用一种称为iCount的组件，通过在原工作程序中插入代码，控制开关电路的输出。该组件是基于传感器网络操作系统TinyOS平台，使用其独特的语法开发，在应用程序执行时调用。使用外部硬件电路配合组件捕获输出的脉冲宽度和周期，从而计算出能量消耗。软件仿真方法多基于静态的节点，无法测试运动的情况。电流探针法抗干扰性和稳定性较好，但该方法测量范围和精度有限，对硬件要求较高，适用于实验室测量和建立各个模块的仿真模型，对于机器鱼在水中游动的环境，这种测试方法并不适宜。软件探针法具有较好的抗干扰性，但受节点的软件平台限制，对硬件要求较高，而且会对节点的工作造成不可估量的影响。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种结构简单、测量精度高、能够适应有水环境的机器鱼尾鳍能耗监测系统。为实现上述目的，本技术提供了如下方案：一种机器鱼尾鳍能耗监测系统，所述系统包括：测流电阻、运算放大器、模数转换模块、主控制器和上位机，所述测流电阻串联在舵机的供电电路中，所述运算放大器的两端与所述测流电阻的两端相连接，所述运算放大器用于将所述测流电阻两端的电压放大，所述模数转换模块与所述运算放大器相连接，所述模数转换模块用于将运算放大器放大后的模拟电压转换为数字电压信号，所述主控制器与所述模数转换模块相连接，所述主控制器用于控制将所述数字电压信号传输至所述上位机。可选的，所述系统还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控制器相连接，所述主控制器控制所述无线通信模将所述数字电压信号传输至所述上位机。可选的，所述上位机用于根据所述数字电压信号计算得到所述测流电阻两端的电压值、流过所述测流电阻的电流值和机器鱼尾鳍的能耗。可选的，所述模数转换模块包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的型号为MAX1169。可选的，所述运算放大器采用TI公司生产的低功耗CMOS运算放大器OPA2333。根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：本技术提供的机器鱼尾鳍能耗监测系统，通过在舵机的供电回路中串联测流电阻，并利用运算放大器将测流电阻两端的电压放大，经过模数转换后上传到上位机，由上位机对收到的电压信号进行处理计算，得到机器鱼尾鳍的能耗。该测量系统对硬件的要求低，与现有技术中的对硬件要求极高、只能应用在实验室环境中的方法相比，本技术提供的监测系统对环境的要求不高，能够应用在有水的环境，而且，通过检测电阻测量舵机电压，进而得到机器鱼尾鳍能耗的测量方式精度高，且基于该原理的系统结构简单，与现有技术相比，具有很大优势。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例尾鳍能耗监测电路设计原理框图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术的目的是提供一种结构简单、测量精度高、能够适应有水环境的机器鱼尾鳍能耗监测系统。为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图1为本技术实施例尾鳍能耗监测系统结构示意图，如图1所示，所述系统包括：测流电阻、运算放大器、模数转换模块、主控制器和上位机，所述测流电阻串联在舵机的供电电路中，所述运算放大器的两端与所述测流电阻的两端相连接，所述运算放大器用于将所述测流电阻两端的电压放大，所述模数转换模块与所述运算放大器相连接，所述模数转换模块用于将运算放大器放大后的模拟电压转换为数字电压信号，所述主控制器与所述模数转换模块相连接，所述主控制器用于控制将所述数字电压信号传输至所述上位机。所述系统还包括：无线通信模块，所述无线通信模块与所述主控制器相连接，所述主控制器控制所述无线通信模将所述数字电压信号传输至所述上位机。所述上位机用于根据所述数字电压信号计算得到所述测流电阻两端的电压值、流过所述测流电阻的电流值和机器鱼尾鳍的能耗。所述模数转换模块包括模数转换芯片，所述模数转换芯片的型号为MAX1169。ADC模数转换芯片MAX1169的参考电压采用的是其内部参考电压，其电压输入范围为0V～+4.096V。因此，运算放大器OPA2333的输出电压需在0V～+4.096V范围内，因为运算放大器OPA2333所构成的放大电路的放大倍数为10倍，因此运算放大器OPA2333输入电压应介于0V～0.4096V范围内，即测流电阻两端的电压范围应在0V～0.4096V范围内。机器鱼尾鳍摆动频率在1-2Hz，摆动幅度在10°-40°范围内，舵机的最大工作电流约为0.7A，故选择阻值为0.4Ω的低电感金属薄膜电阻作为测流电阻。所述运算放大器采用TI公司生产的低功耗CMOS运算放大器OPA2333。舵机在换向过程中，测流电阻两端最小电压600uV，因此要求运算放大电路应具有高输入阻抗、很高的共模抑制比、低噪声、低功耗和抗干扰能力强等特点。TI公司生产的低功耗CMOS运算放大器OPA2333具有超低失调电压(26uV)、极低的静态电流(17uA)、Rail-to-Rail输入输出特性、以及级低的温漂等特性。同时，OPA2333提供了非常好的共模抑制比(CMRR)，放大倍数可根据需要自行设计，并且该放大器驱动模数转换器(ADC)不需要外接外围电路来达到阻抗匹配。在舵机供电电路中串联一个小阻值的测流电阻RSENSE。舵机在正常工作过程中，采用运算放大器对测流电阻RSENSE两端的电压Va进行放大，并使用A/D模数转换芯片将运算放大器放大后的模拟电压Vb转换为数字电压信号，主控制器经过数据处理后将结果发送至上位机。上位机根据结果，利用公式(1)和公式(2)计算出测流电阻RSENSE两端的电压Va以及流过测流电阻RSENSE的电流ISENSE：Va＝Vb/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器鱼尾鳍能耗监测系统，其特征在于，所述系统包括：测流电阻、运算放大器、模数转换模块、主控制器和上位机，所述测流电阻串联在舵机的供电电路中，所述运算放大器的两端与所述测流电阻的两端相连接，所述运算放大器用于将所述测流电阻两端的电压放大，所述模数转换模块与所述运算放大器相连接，所述模数转换模块用于将运算放大器放大后的模拟电压转换为数字电压信号，所述主控制器与所述模数转换模块相连接，所述主控制器用于控制将所述数字电压信号传输至所述上位机。

【技术特征摘要】
1.一种机器鱼尾鳍能耗监测系统，其特征在于，所述系统包括：测流电阻、运算放大器、模数转换模块、主控制器和上位机，所述测流电阻串联在舵机的供电电路中，所述运算放大器的两端与所述测流电阻的两端相连接，所述运算放大器用于将所述测流电阻两端的电压放大，所述模数转换模块与所述运算放大器相连接，所述模数转换模块用于将运算放大器放大后的模拟电压转换为数字电压信号，所述主控制器与所述模数转换模块相连接，所述主控制器用于控制将所述数字电压信号传输至所述上位机。2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述系统还包括：无...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈艳，思豪，许启新，张榕，章洁，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：新型
国别省市：四川,51