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隨著國家的海洋戰(zhàn)略的提出與實施，海洋這片美麗而深邃的舞臺等著我們?nèi)ラ_拓。水下機器人是之中重要的一環(huán)。目前國內(nèi)現(xiàn)有的的水下機器人主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，從事相關(guān)產(chǎn)品制作的企業(yè)相對較少。某種程度來講，“下五洋捉鱉”比“上九天攬月”更加困難。水下機器人的防水性能至關(guān)重要，多次有線充電后對水下機器人的外部接口防水性、密封性會有破壞，對水下機器人的結(jié)構(gòu)性維護需要投入大量時間。IDT無線充電的應(yīng)用對水下機器人的這些方面（結(jié)構(gòu)密封、防水、維護）給予了極大幫助與改善，利于水下機器人行業(yè)的發(fā)展。（本項目采用的是IDT 15W無線充電開發(fā)套件）

2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1概述

該水下機器人無線充電裝置基于意法半導體的stm32f103系列主控芯片，搭配esp8266-無線WIFI模塊，以及OneNET云服務(wù)平臺等。實現(xiàn)了水下機器人的無線充電充電時長的實時顯示以及云端相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)控。在充電裝置的末端搭配了轉(zhuǎn)壓模塊和TP4056電源模塊板，對電池進行充電的同時加以保護。

2.2硬件總體設(shè)計

2.2.1處理器

采用ST公司的STM32系列芯片做為主控。本次為了完成本次的任務(wù)要求，我們所使用的是STM32F103C8T6。由ST廠商推出的STM32系列單片機，行業(yè)的朋友都知道，這是一款性價比超高的系列單片機，應(yīng)該沒有之一，功能及其強大。其基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M內(nèi)核，同時具有一流的外設(shè)：1μs的雙12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等等，在功耗和集成度方面也有不俗的表現(xiàn)，當然和MSP430的功耗比起來是稍微遜色的一些，但這并不影響工程師們對它的熱捧程度，由于其簡單的結(jié)構(gòu)和易用的工具再配合其強大的功能在行業(yè)中赫赫有名。

 

2.2.2無線充電

創(chuàng)新性地在水下機器人應(yīng)用無線充電技術(shù)。通過簡單地把移動設(shè)備放置在可用的充電臺上進行無線充電可以為用戶提供很大的易用性和便利。但是到目前為止，無線充電系統(tǒng)還依然屬于新奇的售后市場項目，并沒有作為常規(guī)適配器和電纜的替代方案而得到認真重視無線充電生態(tài)系統(tǒng)有兩個技術(shù)途徑：磁感應(yīng)和磁共振。這兩種技術(shù)的簡單比較可以說明它們在應(yīng)用中的主要區(qū)別：磁感應(yīng)需要緊密耦合，在X/Y方向的位置偏差達到最小時可實現(xiàn)最高效率水平；而磁共振允許更大的空間自由度，但它無法實現(xiàn)基于磁感應(yīng)技術(shù)的高峰值效率。

WPC已經(jīng)公布了Qi低功率規(guī)范，它定義了功率發(fā)射器和接收器之間非接觸式電能傳輸接口、相關(guān)的性能要求和一致性測試規(guī)范。所有攜帶Qi標識的設(shè)備都保證與WPC規(guī)范兼容，因此彼此之間可互操作。同樣，滿足PMA標準的設(shè)備也會有PMA的互操作性標識。無線充電標準不斷發(fā)展強大的進一步標志是IEEE無線電源和充電系統(tǒng)工作組（Wireless Power and Charging Systems Working Group，WPCS-WG）的成立和IEEE P2100.1無線電源和充電系統(tǒng)標準規(guī)范（IEEE P2100.1 Standard Specifications for Wireless Power and Charging Systems）的制定。 IEEE P2100.1針對電源和負載設(shè)備創(chuàng)建了無線電源和充電規(guī)范。雖然IEEE P2100.1目前局限于使用磁感應(yīng)耦合技術(shù)，將來也要考慮其它技術(shù)。

借助現(xiàn)在發(fā)展中的無線充電技術(shù)，我們所設(shè)計的水下機器人將會有很好的競爭力。

 

2.2.3 ESP8266-無線模塊

     ESP8266 模塊，是在 ESP8266 芯片基礎(chǔ)上，加上必要的晶振、電容、電阻、SPI Flash、WiFi 天線組成的一個最小 WiFi 系統(tǒng)，是市面流行的無線模塊。通過ESP8266無線模塊可以實現(xiàn)在WIFI網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中與云服務(wù)器的交互。

 

2.2.4 轉(zhuǎn)壓模塊

     目前無線充電接收板輸出的電壓還是不太穩(wěn)定，所以加裝LM2596電源模塊對輸出電壓進行降壓穩(wěn)壓處理。

 

2.2.5 TP4056電源保護模塊

    TP4056電源充電保護板是一款不錯的電源保護充電板。電池過放保護電壓為2.5V，電流過流保護電流為3A，適用于18650等聚合物鋰電池的充放電保護，且小巧適合嵌入。

3.程序及通信方式設(shè)計

3.1程序設(shè)計流程圖

3.2下位機通信方式

下位機的通信協(xié)議與ESP8266-無線模塊采用UART協(xié)議。

UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計中，UART用來主機與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

UART首先將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)來傳輸。消息幀從一個低位起始位開始，后面是5~8個數(shù)據(jù)位，一個可用的奇偶位和一個或幾個高位停止位。接 收器發(fā)現(xiàn)開始位時它就知道數(shù)據(jù)準備發(fā)送，并嘗試與發(fā)送器時鐘頻率同步。如果選擇了奇偶，UART就在數(shù)據(jù)位后面加上奇偶位。奇偶位可用來幫助錯誤校驗。

在接收過程中，UART從消息幀中去掉起始位和結(jié)束位，對進來的字節(jié)進行奇偶校驗，并將數(shù)據(jù)字節(jié)從串行轉(zhuǎn)換成并行。UART也產(chǎn)生額外的信號來指示發(fā)送和接收的狀態(tài)。例如，如果產(chǎn)生一個奇偶錯誤，UART就置位奇偶標志。

UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個字符一位接一位地傳輸。

4云平臺及安卓上位機

4. 功能簡介

4.1無線充電

4.2桌面臺燈 

實際使用