20kg级自主水下机器人控制软件设计与实现

摘要：介绍了用于对20 kg级便携式AUV的运行状态进行控制的软件设计以及实现。该软件是基于MFC对话框运行于Windows操作系统下的程序，使用了多线程编程技术和串口通信技术。串口操作线程用于向串口读取或写入数据，并且在处理后把最终结果发送给主线程和导航线程。在主线程中将数据显示到界面上，在导航线程根据导航算法计算出用于导航的数据并写入串口以控制AUV的运行状态，包括AUV上浮、下潜、前进、后退、左转弯、右转弯。实验结果表明，该软件达到了预定效果。
关键词：便携式AUV；多线程；串口通信；MFC

0 引言
自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)代表着未来水下机器人的发展方向，因而是世界各国研究的热点。而便携式AUV由于使用方便，可执行环境评估、水文地理、辅助水道测量、港口安全、岩屑区域绘图等工作以及可以用在未来战争中，将是未来AUV发展的重点。
本文主要论述了便携式AUV控制软件的设计及其实现，该软件主要用于监视AUV在水下运行时的状态信息以及控制AUV的运行。AUV在水下运行时的状态信息包括位置信息、航向、舱内温湿度、推进器转速、舵的方向角以及在水面时GPS传感器数据等信息，该软件将这些信息显示到界面上最终实现对AUV的监控和导航。

1 便携式AUV系统简介
该小型AUV由两个密封舱组成，前舱安置了传感器系统，后舱安置了AUV推进器以及方向舵的控制系统。两个密封舱中间放置的一个垂直推进器用来控制AUV的上下运动，后舱安放了用于控制AUV水平方向的水平推进器和方向舵。系统搭载了AHRS、数字罗盘、GPS等传感器，这些传感器采集到的数据用于AUV的导航。AHRS传感器用来测量AUV的航向角、俯仰角、横滚角、3个方向的速度、加速度；数字罗盘测量AUV的航向角等信息控制软件对一串口进行操作，该串口连接与AUV进行通信的无线模块。将从无线模块接收到的数据经过惯性导航算法处理，根据协议将惯性导航算法处理结果发送到AUV，最终实现对AUV的控制。

2 串口通信
串口在做文件处理时，简单的应用可以采用查询方式或定时方式，复杂的可以采用事件驱动的方式。所谓事件驱动，即当串口有数据进入输入缓冲区时，自动执行接收程序。利用WinAPI读／写串口操作可以有同步方式与异步方式。所谓同步方式是指发出写命令时，直到有数据写入到输出缓冲区写函数才返回。异步方式的重叠方式是指发出写操作命令后，不管写操作是否完成，写函数马上返回，写操作在后台继续进行，写操作完成后通过某种方式通知调用写操作的线程。这样避免了主线程被挂起，提高了程序的工作效率。
2．1 串口通信设置
在实现串口通信时，首先在界面上设置串口号、波特率、校验等信息。单击按钮打开串口，进入命令响应函数OnBtnOpen()，利用API函数打开并对串口进行配置。最后使用API函数CreateThread创建一个线程。由于软件工作过程中需要传送的数据量不大，所以仅仅打开一个串口。
主线程打开串口具体流程图如图1所示。

在主线程中打开串口的代码如下：
m_hCom=CreateFile(m_port，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，0，NULL，OPEN_EXISTING，FILE_FLAG_OVERLAPPED，NULL)
在串口操作线程中使用API函数ReadFile用于读取串口数据ReadFile(hCom，buf，19，＆Length，＆Eol)；而在该线程中向AUV发送控制指令时使用：
fState=WriteFile(m_hCom，buf，19，＆m_bytes，＆m_os Write)