無人水下潛航器的控制軟件的C#實現(xiàn)

摘 要：介紹了應(yīng)用于水下無人潛航器的上位機(jī)控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。該軟件是應(yīng)用于基于WINDOWS操作系統(tǒng)中的VS2005 .net環(huán)境下利用C#編寫的程序，利用軟件中擁有的串口通信控件（Serial Port）實現(xiàn)串口通信的功能，并對傳送來的內(nèi)容進(jìn)行分析，使得上位機(jī)能夠控制AUV同樣的AUV的狀態(tài)以及運(yùn)行軌跡將顯示到界面上、使岸上的操控人員能夠根據(jù)當(dāng)前潛航器的狀態(tài)達(dá)到實時、準(zhǔn)確的操控，試驗表明，該軟件達(dá)到了預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：C#；控制；軌跡顯示

中圖分類號：U674.941 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-02

目前人類正面臨著人口、資源、環(huán)境三大難題。隨著各國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和世界人口的不斷增多，陸地上的資源已經(jīng)無法滿足人類的需求，然而海洋卻蘊(yùn)含著大量的豐富資源[1]，因此，對海洋資源的開發(fā)成為近幾年國際上激烈競爭的焦點之一。作為海洋開發(fā)的利器——無人潛航器，近幾年發(fā)展的更加迅速，因此，如何解決通訊問題達(dá)到對AUV的精確控制和狀態(tài)監(jiān)測就顯得尤為重要。

C#相對其他編程語言，是一種現(xiàn)代的、類型安全的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言[2]，摒棄了利用C語言編寫界面的繁瑣和冗長，基于C#在Visual Studio 2005.NET環(huán)境中進(jìn)行界面的編寫，有著簡單、高效、準(zhǔn)確的優(yōu)點。

一、控制對象（AUV）概述

該控制對象采用模塊化設(shè)計，分為五個部分，分別是：頭部（載荷艙）、聲通艙、電池艙、控制艙、推進(jìn)艙。AUV控制主機(jī)控制中央控制單元模塊，從而控制電機(jī)、舵機(jī)、聲吶艙及釋放機(jī)構(gòu)。電池組經(jīng)過電源分配器給各大單元供電，在航行過程中，各單元將各自己的信息傳遞給中央控制單元，按照通信協(xié)議中的要求進(jìn)行組裝，經(jīng)過PDL電臺，將信息發(fā)送回上位機(jī)，再由上位機(jī)進(jìn)行解析之后，得到AUV控制主機(jī)的顯示界面。具體的電器模塊下圖所示：

二、軟件設(shè)計

（一）通信協(xié)議

通信必須遵守一定的規(guī)則才可以使得軟件與AUV進(jìn)行行之有效的通信，而這樣的規(guī)則被稱之為通信協(xié)議，本AUV的通信協(xié)議設(shè)計成59個字節(jié)其格式如表1所示：

利用串口通信，可以直接選取串口控件System.IO.Ports.SerialPort并將其更名為SerialPortPDL通過對串口參數(shù)進(jìn)行配置使得該串口與通信協(xié)議以及硬件相匹配，達(dá)到能夠正常解碼的目的，在此處，我們需要對如下幾個參數(shù)進(jìn)行配置：波特率BaudRate=9600，數(shù)據(jù)位數(shù)DataBits=8，讀入緩存大小ReadBufferSize=4096，寫緩存大小WriteBufferSize=2048，停止位 StopBits=1。

本設(shè)計通過SerialPortGPS和SerialPortPDL兩個串口接受數(shù)據(jù)引發(fā)時間消息，現(xiàn)在已SerialPortPDL為例子，該串口使用同步的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，調(diào)用串口DataReceive消息，對得到的串口消息進(jìn)行處理，同步讀取代碼主要指令如下：

while（serialPortPDL.ByteToRead>0）{ byte DataNow=（byte）（serialPortPDL.ReadByte（））； } //同步讀取字節(jié)。串口配置打開的過程中，可能出現(xiàn)錯誤的情況（比如串口號錯誤等等），在主窗口加載的界面的LOAD消息中可添加下述代碼

try{serialPortPDL.Open（）；}catch { Messagebox，Show（\"請檢查北斗串口！\"）； }

串口打開之后，進(jìn)行的通訊流程如圖2所示：

（二）圖形界面（PictureBox）的顯示功能的實現(xiàn)

繪制圖形界面的主要原因就是為了將AUV的運(yùn)行軌跡直觀的表達(dá)出來，方便工作人員對AUV的航行路線進(jìn)行控制，在這里我們運(yùn)用到了vs2005的圖形界面接口（GDI）。

依據(jù)收到的GPS經(jīng)緯度信息，通過適當(dāng)?shù)闹底兓谡{(diào)用GDI類中的函數(shù)進(jìn)行繪制，我們便可以在PictureBox上得到AUV的運(yùn)行軌跡，具體方法如下：

1.加載空位圖

PictureBox實際上只是給予了一個GDI繪圖環(huán)境，就像一張畫板，我們?nèi)绻朐谏厦孢M(jìn)行圖像的繪制，就需要給他加上一張畫紙——即加載一張空位圖具體操作如下：

定義一張空位圖并將它定義成public類型：

Public Bitmap backImage=new Bitmap（800，600）；

在設(shè)備上下文中加載該空位圖：

Public Graphics mainGraphics；

mainGraphics=Graphics.FromImage（backImage）；

2.坐標(biāo)系變換

在繪制圖形的過程中，需要把坐標(biāo)系的原點定義在顯示圖形界面的中心，需用到下面的函數(shù)：mainGraphics.TranslateTransform（500，400）； //PictureBox的大小定義為（1000，800）像素

3.軌跡圖形的繪制

由于GPS信號傳上來的圖像是具體的經(jīng)緯度信號，因此我們必須按照像素要求進(jìn)行等比例的縮放，具體代碼如下：

newone = new PointF（500f + （float）（（myAUV_Status.GPS_LONG - floatOrginLong） / 0.000028 / picMultiple）， 400f + （float）（（（myAUV_Status.GPS_LAT - floatOrginLat） / 0.000028 / picMultiple）））；

此處myAUV_Status.GPS_LONG，myAUV_Status.GPS_LAT分別為GPS信息的經(jīng)緯度，floatOrginLong，floatOrginLat為設(shè)定原點的經(jīng)緯度，由于地球一分的長度對應(yīng)的為0.000028米，進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩嶂螅憧梢缘贸鼋?jīng)緯度轉(zhuǎn)像素的式子為（float）（（myAUV_Status.GPS_LONG - floatOrginLong） / 0.000028 / picMultiple），在將其組合為一個點，在按照點與點連線的方法在調(diào)用該控件的paint消息便可以畫出具體的AUV軌跡圖了。

4.運(yùn)行效果及其主要界面

本軟件經(jīng)過長期運(yùn)行，能有效控制AUV的水面航行狀態(tài)，并且將信息完整的反饋的回來，達(dá)到了預(yù)期效果。

右上角為狀態(tài)字顯示區(qū)，包括各種報警信息顯示，上電標(biāo)志等等，右邊中間為設(shè)備控制單元，負(fù)責(zé)設(shè)備的各單元的上電信息，左下角則為AUV軌跡圖形的繪制區(qū)域了，通過設(shè)定原點，坐標(biāo)軸倍數(shù)，可以顯示范圍更廣的軌跡圖。

五、結(jié)束語

經(jīng)過湖上測試，AUV試驗效果良好，該控制軟件能夠穩(wěn)定的運(yùn)行并控制AUV在水面上的動作，軟件界面友好，簡潔方便，滿足了對AUV實際的操作。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬偉鋒，胡震.AUV的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].火力與指揮控制，2008（06）：10-11.

[2]郭琳，汪蘇.給予C#的開放式機(jī)器人防止系統(tǒng)軟件實現(xiàn)[J].機(jī)械工程師，2008（11）：49-51.

[作者簡介]胡越（1990.03-），男，湖北宜昌人，學(xué)生，碩士，研究方向：水下機(jī)器人。