CN105929404A - 一种基于超声波测距的cps嵌入式水下传感器定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，属海洋控制设备技术领域。本发明包括超声波测距传感器、测量电路、偏差增益电路、A/D转换电路、功率放大电路、单片机控制模块、LED灯、充气泵、浮子开关、进气阀门、GPS模块、电池组；其中，超声波测距传感器与测量电路相连接，测量电路与偏差增益电路相连接，偏差增益电路与A/D转换电路相连接，A/D转换电路与功率放大电路相连接，功率放大电路与单片机控制模块相连接。本发明结构简单、操作灵活、成本低廉、环保耐用，利用GPS远距离无线传输，将数据上传，实现对该物体的准确定位，对深海探索与考古发掘起到重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，属于海洋控制设备技术领域。
背景技术
现如今，随着科技的进步以及陆地上的资源不断被开发利用，容易开采使得加工的矿石越来越少，然而海洋资源却十分的丰富，另外在深海考古挖掘方面我国也有所涉及，加之声学定位技术也广泛的应用于海洋工程、大洋调查、国防建设当中，使得利用超声波对小型潜艇或深海不明物体的定位有一定的研究价值。
本发明利用超声波测距传感器发射和接收的时间差计算物体距离装置的距离，结合传感器之间的几何关系，建立三维坐标，建立相应的计算方程通过GPS模块上传到远程基站进行分析，测出目标的实际位置。本发明结构简单、操作灵活、成本低廉、环保耐用，对深海资源探索与考古发掘起到重要作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，以用于解决深海探索与考古发掘时，对深海物体的不能相对准确定位的问题。
本发明技术方案是：一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，包括超声波测距传感器1、测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6、LED灯7、充气泵8、浮子开关9、进气阀门10、GPS模块11、电池组12；其中，超声波测距传感器1与测量电路2相连接，测量电路2与偏差增益电路3相连接，偏差增益电路3与A/D转换电路4相连接，A/D转换电路4与功率放大电路5相连接，功率放大电路5与单片机控制模块6相连接，单片机控制模块6分别与LED灯7、充气泵8、进气阀门10、GPS模块11相连接，浮子开关9内部含有继电器电路，与进气阀门10相连接。
所述的超声波测距传感器1包括防护网13、防护网固定扣14、防撞垫15、防护壳16、固定螺丝17、漏水口18、探头19、晶片20、内部固定卡21、基座22、信号传输线23；所述防护网13与防护网固定扣14相连接，防撞垫15安装在防护壳16的表面上，固定螺丝17安装在防护壳16的底部，漏水口18安装在防护壳16的底部；探头19与晶片20相连接，内部固定卡21安装在防护壳16的内部进行基座22的固定，晶片20与基座22相连接，信号传输线23与晶片20相连接。
所述基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置还包括充气管24、存水仓25、箱体26、浮漂固定架27、充气浮漂28、进水口29、进气口30、防水电源线31；其中，超声波测距传感器1安装在箱体26的顶部四角，充气泵8与充气管24相连接，充气管24与充气浮漂28相连接，进水口29在箱体26的底部，进气口30在箱体26的顶部与进气阀门10相连接，浮子开关9安装在箱体26内的存水仓内部左上角45度方位，GPS模块11安装在箱体26的中间部位，防水电源线31与电池组12相连接为设备供电。
所述测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6可以密封安装在箱体26内。
所述的测量电路2包括开关S1、S2、S3、S4、电容C1、C2、C3、C4、C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、运算放大器Op1、Op2、Op3；所述的偏差增益电路3包括电阻R7、R8、R9、R10、运算放大器Op4；其中，开关S2的一端输入电压，另一端分别与开关S1的一端、电容C1、C2的一端相连，开关S1、电容C1的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C3、开关S3、S4的一端相连，电容C3是另一端接地，开关S3、S4的另一端分别与运算放大器Op2、Op3的正极输入端相连；运算放大器Op1的正极接电阻R1的一端，并且R1的另一端接地，运算放大器Op1的负极接电阻R2的一端，R2的另一端接到Op1的输出端，运算放大器Op1的负极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接到运算放大器OP3的输出端，电阻R4接到运算放大器Op3的输出端与负极之间，电容C5的一端接到Op3的负极，并且C5的另一端接地，开关S4的一端接到运算放大器Op3的正极输入端；运算放大器Op1的正极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与运算放大器Op2的输出端相连接，电阻R5接到运算放大器Op2的输出端和负极输入端之间，电容C4接到Op2的负极输入并接地，开关S3的一端接到运算放大器Op2的正极输入端，运算放大器Op1的输出端与可变电阻R9、运算放大器Op4的负极输入端相连接，Op4的正极输入端接地，电阻R7、R8串联连接接到运算放大器Op4的输出端，电阻R8与滑动电阻R10相连接。
所述的单片机控制模块6包括芯片AT89C52、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C6、C7、C8、晶振Y1；其中，芯片AT89C52管脚31与电阻R16相连接再与LED灯7连接，芯片AT89C52管脚17与电阻R15相连接再与充气泵8相连接，电阻R11、R12、R13、R14分别与浮子开关9内部的继电器开关相连接，再与进气阀门10相连接，芯片AT89C52的管脚25、26与晶振Y1的两端相连接，电容C6、C7并联在晶振Y1的两端并接地，芯片管脚27与电容C8的一端相连接，电阻R17接到电容C8的一端，电阻R17、电容C8的另一端均接地，按键K1一端接到电阻R17与电容C8的中间的连线上，另一端接5V等电势。
所述的超声波测距传感器1包括接收/发射探头、芯片CX20106、芯片NE555、电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、电容C9、C10、C11、C12、运算放大器Op5、Op6、Op7、Op8、Op9；其中，接收/发射探头一端与运算放大器Op5的输出相连接，运算放大器Op5、Op6并联连接，电阻R22接到运算放大器Op6的输出端，运算放大器Op5、Op6的输入端相连接接到运算放大器Op9的输出端，接收/发射探头的另一端与运算放大器Op8的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接，电阻R21与运算放大器Op7的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接接到芯片NE555的8号管脚，芯片NE555的管脚7接可变电阻R24，R24的另一端接5V等电势，电阻R23接在芯片NE555的管脚7上并与电容C12串联连接，芯片NE555的管脚5接地，管脚6接到电阻R23的另一端，管脚3、管脚7串联连接，接收/发射探头的一端与芯片CX20106的管脚1相连接，芯片CX20106的管脚2与电阻R18相连接后再与电容C9相连接再接到接收/发射探头的另一端上，电容C10一端与芯片CX20106的管脚3相连接，另一端并接地，芯片NE555的管脚4直接与接收/发射探头的一端相连接，电阻R19一端与芯片CX20106的管脚5相连接，另一端与管脚8连接接入5V等电势，芯片CX20106的管脚6与电容C11相连接后再接地，电阻R20接到芯片CX20106的管脚5、管脚8之间。
本发明的工作原理是：
首先，将装置放置于水面之上，使单片机控制模块6控制进气阀门10打开，由于空气与压力关系，使得水被压入装置存水仓26内增加装置的自身重量而沉入水面以下，水进入存水仓6后顶起浮子开关，关闭进气阀门10使得装置在液面下能够位于一个固定的位置，从而点亮LED灯7表示装置开始工作。工作时，超声波测距传感器的探头19，进行信号的发送和收集；当探头19收集到投递到物体上折返回来的信号后，将其通过测量电路、偏差增益电路、A/D转换电路和功率放大电路进行处理，然后将处理过的信号传入到单片机控制模块进行分析，将由单片机控制模块6分析处理的信号传输到GPS模块11进行信息的无线定向发射，方便海平面上的人员数据收集和物体位置的计算。
当装置工作结束回收时，GPS模块11收到回收指令，通过单片机控制模块6发送给充气泵一个脉冲信号，使其给装置底部四角的充气浮漂28进行充气，同时打开进气阀门10，使得存水仓26内部的液体排除，并使得装置上浮，当装置内部的液体排净，并浮出水面之后关闭进气阀门10，保证装置无法在潜入水下。
超声波测距传感器1内部探头可以发射和接收超声波，超声波是一种振动频率较高的机械波，它具有高频率、短波长、绕射现象小，对液体有较大的穿透力。当设备工作时，首先由超声波测距传感器1内部的芯片NE555产生一个超声波脉冲信号，此信号由管脚7流经电阻R23经电容C12流入芯片NE555的管脚5形成自激励，超神波脉冲由管脚8流入运算放大器Op8的输入端，信号分别流入运算放大器Op7、Op8、Op9中进行一级信号放大，经过一级放大后的信号流入运算放大器Op5、Op6当中进行二级放大，电阻R21接在运算放大器Op7的输出端并接上5V等电势，电阻R22接在运算放大器Op6的输出端同样接5V等电势，最后通过探头将超声波发送出去；当超声波触碰到物体之后反射回来一超声波信号，该信号被探头接收，部分信号由芯片CX20106的管脚1流入，部分信号流经电容C9、电阻R18流入芯片CX20106的管脚2，芯片CX20106的管脚8接12V电压，经过芯片CX20106处理过的超声波信号，由芯片管脚7输出，将接收到超声波信号转换为电压信号，输入到测量电路当中进行信号的测量。将转换的电压信号由V1端输入到测量电路之中，此时开关S1、S2、S3、S4关闭，电压信号流经电容C2，其中电容C1、C3接地分担一定的电压。部分电压流入运算放大器Op3的正极进行放大器，电阻R5接在运算放大器Op2的输出端与负极之间，承担一定电压。部分电压流入运算放大器Op3的正极其工作原理与运算放大器Op2一致。经过运算放大器Op2、Op3之后的电压分别流经电阻R6和R3分别流入运算放大器Op1的负极和正极中，电阻R2接在运算放大器Op1的负极和输出端承担一定的电压。将经过运算放大器Op1的信号输入到增益偏差电路当中，即流经可变电阻R9流入到运算放大器Op4的负极当中，可变电阻R10与电阻R7、R8串联接在运算放大器Op4的输出端。将接受到的模拟信号输入到A/D转换电路进行量化（此处的A/D转换的技术属于常规技术），将量化后的数字信号输入到功率放大电路当中（此处的功率放大技术属于常规技术）。在论文（梁军，赵扬.发表的《基于单片机技术的超声波测距》，东南大学，2010.05.28中提到“各探头的信号经单片机综合分析处理，实现超声波测距仪的各种功能”，因此用单片机控制超声波测距仪进行测距是比较通用的方法）因此，将经过量化和放大后的超声波信号输入到单片机中进行分析，并进行相应的设备控制。首先，单片机AT89C52接收到GPS模块11传来的信息打开进气阀门10，使得设备可以存储水量而下沉，海水从装置底部的进水口29进入存水仓25当中 ，当水量顶起浮子开关9时，其内部的继电器开关启动关紧进气阀门10，使得装置在深海保持一定的深度。此时超声波测距传感器如上所述开始工作并点亮LED灯7，显示设备开始工作，将测得的超声波信号输入到单片机中进行分析，将收集到的信息通过GPS模块11传送到基站汇总，多个装置在深海中的不同深度可以形成一个三维定位的方式，对物体进行定位；当工作结束时，基站会向装置内部的GPS模块11发送上浮的信号，单片机控制充气泵8向充气浮漂28进行充气，同时打开进气阀门，通过深海的压力将存水仓25内部的水量排除以及充气浮漂28的浮力，将装置浮出海面进行回收。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、操作灵活、成本低廉、环保耐用，可以通过超声波测距传感器测到与深海物体之间的距离，利用多个装置上的超声波测距传感器形成三维定位，利用GPS远距离无线传输，将数据上传，实现对该物体的准确定位，对深海探索与考古发掘起到重要作用。
附图说明
图1是本发明的内部电路连接框图；
图2是本发明的超声波测距传感器外部结构示意图；
图3是本发明的超声波测距传感器内部结构示意图；
图4是本发明的剖面图；
图5是本发明的俯视图；
图6是本发明的测量电路与偏差增益电路连接电路图；
图7是本发明的单片机控制模块电路图；
图8是本发明的超声波测距传感器内部发射/接收电路图。
图1-8中各标号为：1-超声波测距传感器、2-测量电路、3-偏差增益电路、4-A/D转换电路、5-功率放大电路、6-单片机控制模块、7-LED灯、8-充气泵、9-浮子开关、10-进气阀门、11-GPS模块、12-电池组、13-防护网、14-防护网固定扣、15-防撞垫、16-防护壳、17-紧固螺丝、18-漏水口、19-探头、20-晶片、21-内部固定卡、22-基座、23-信号传输线、24-充气管、25-存水仓、26-箱体、27-浮漂固定架、28-充气浮漂、29-进水口、30-进气口、31-防水电源线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，包括超声波测距传感器1、测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6、LED灯7、充气泵8、浮子开关9、进气阀门10、GPS模块11、电池组12；其中，超声波测距传感器1与测量电路2相连接，测量电路2与偏差增益电路3相连接，偏差增益电路3与A/D转换电路4相连接，A/D转换电路4与功率放大电路5相连接，功率放大电路5与单片机控制模块6相连接，单片机控制模块6分别与LED灯7、充气泵8、进气阀门10、GPS模块11相连接，浮子开关9内部含有继电器电路，与进气阀门10相连接。
实施例2：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，本实施例与实施例1相同，其中：
所述的超声波测距传感器1包括防护网13、防护网固定扣14、防撞垫15、防护壳16、固定螺丝17、漏水口18、探头19、晶片20、内部固定卡21、基座22、信号传输线23；所述防护网13与防护网固定扣14相连接，防撞垫15安装在防护壳16的表面上，固定螺丝17安装在防护壳16的底部，漏水口18安装在防护壳16的底部；探头19与晶片20相连接，内部固定卡21安装在防护壳16的内部进行基座22的固定，晶片20与基座22相连接，信号传输线23与晶片20相连接。
实施例3：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，本实施例与实施例2相同，其中：
所述基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置还包括充气管24、存水仓25、箱体26、浮漂固定架27、充气浮漂28、进水口29、进气口30、防水电源线31；其中，超声波测距传感器1安装在箱体26的顶部四角，充气泵8与充气管24相连接，充气管24与充气浮漂28相连接，进水口29在箱体26的底部，进气口30在箱体26的顶部与进气阀门10相连接，浮子开关9安装在箱体26内的存水仓内部左上角45度方位，GPS模块11安装在箱体26的中间部位，防水电源线31与电池组12相连接为设备供电。
所述测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6可以密封安装在箱体26内。
实施例4：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，本实施例与实施例3相同，其中：
所述测量电路2包括开关S1、S2、S3、S4、电容C1、C2、C3、C4、C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、运算放大器Op1、Op2、Op3；所述的偏差增益电路3包括电阻R7、R8、R9、R10、运算放大器Op4；其中，开关S2的一端输入电压，另一端分别与开关S1的一端、电容C1、C2的一端相连，开关S1、电容C1的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C3、开关S3、S4的一端相连，电容C3是另一端接地，开关S3、S4的另一端分别与运算放大器Op2、Op3的正极输入端相连；运算放大器Op1的正极接电阻R1的一端，并且R1的另一端接地，运算放大器Op1的负极接电阻R2的一端，R2的另一端接到Op1的输出端，运算放大器Op1的负极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接到运算放大器OP3的输出端，电阻R4接到运算放大器Op3的输出端与负极之间，电容C5的一端接到Op3的负极，并且C5的另一端接地，开关S4的一端接到运算放大器Op3的正极输入端；运算放大器Op1的正极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与运算放大器Op2的输出端相连接，电阻R5接到运算放大器Op2的输出端和负极输入端之间，电容C4接到Op2的负极输入并接地，开关S3的一端接到运算放大器Op2的正极输入端，运算放大器Op1的输出端与可变电阻R9、运算放大器Op4的负极输入端相连接，Op4的正极输入端接地，电阻R7、R8串联连接接到运算放大器Op4的输出端，电阻R8与滑动电阻R10相连接。
实施例5：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，本实施例与实施例4相同，其中：
所述单片机控制模块6包括芯片AT89C52、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C6、C7、C8、晶振Y1；其中，芯片AT89C52管脚31与电阻R16相连接再与LED灯7连接，芯片AT89C52管脚17与电阻R15相连接再与充气泵8相连接，电阻R11、R12、R13、R14分别与浮子开关9内部的继电器开关相连接，再与进气阀门10相连接，芯片AT89C52的管脚25、26与晶振Y1的两端相连接，电容C6、C7并联在晶振Y1的两端并接地，芯片管脚27与电容C8的一端相连接，电阻R17接到电容C8的一端，电阻R17、电容C8的另一端均接地，按键K1一端接到电阻R17与电容C8的中间的连线上，另一端接5V等电势。
实施例6：如图1-8所示，一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，包括超声波测距传感器1、测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6、LED灯7、充气泵8、浮子开关9、进气阀门10、GPS模块11、电池组12；其中，超声波测距传感器1与测量电路2相连接，测量电路2与偏差增益电路3相连接，偏差增益电路3与A/D转换电路4相连接，A/D转换电路4与功率放大电路5相连接，功率放大电路5与单片机控制模块6相连接，单片机控制模块6分别与LED灯7、充气泵8、进气阀门10、GPS模块11相连接，浮子开关9内部含有继电器电路，与进气阀门10相连接。
所述的超声波测距传感器1包括防护网13、防护网固定扣14、防撞垫15、防护壳16、固定螺丝17、漏水口18、探头19、晶片20、内部固定卡21、基座22、信号传输线23；所述防护网13与防护网固定扣14相连接，防撞垫15安装在防护壳16的表面上，固定螺丝17安装在防护壳16的底部，漏水口18安装在防护壳16的底部；探头19与晶片20相连接，内部固定卡21安装在防护壳16的内部进行基座22的固定，晶片20与基座22相连接，信号传输线23与晶片20相连接。
所述基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置还包括充气管24、存水仓25、箱体26、浮漂固定架27、充气浮漂28、进水口29、进气口30、防水电源线31；其中，超声波测距传感器1安装在箱体26的顶部四角，充气泵8与充气管24相连接，充气管24与充气浮漂28相连接，进水口29在箱体26的底部，进气口30在箱体26的顶部与进气阀门10相连接，浮子开关9安装在箱体26内的存水仓内部左上角45度方位，GPS模块11安装在箱体26的中间部位，防水电源线31与电池组12相连接为设备供电。
所述测量电路2、偏差增益电路3、A/D转换电路4、功率放大电路5、单片机控制模块6可以密封安装在箱体26内。
所述测量电路2包括开关S1、S2、S3、S4、电容C1、C2、C3、C4、C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、运算放大器Op1、Op2、Op3；所述的偏差增益电路3包括电阻R7、R8、R9、R10、运算放大器Op4；其中，开关S2的一端输入电压，另一端分别与开关S1的一端、电容C1、C2的一端相连，开关S1、电容C1的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C3、开关S3、S4的一端相连，电容C3是另一端接地，开关S3、S4的另一端分别与运算放大器Op2、Op3的正极输入端相连；运算放大器Op1的正极接电阻R1的一端，并且R1的另一端接地，运算放大器Op1的负极接电阻R2的一端，R2的另一端接到Op1的输出端，运算放大器Op1的负极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接到运算放大器OP3的输出端，电阻R4接到运算放大器Op3的输出端与负极之间，电容C5的一端接到Op3的负极，并且C5的另一端接地，开关S4的一端接到运算放大器Op3的正极输入端；运算放大器Op1的正极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与运算放大器Op2的输出端相连接，电阻R5接到运算放大器Op2的输出端和负极输入端之间，电容C4接到Op2的负极输入并接地，开关S3的一端接到运算放大器Op2的正极输入端，运算放大器Op1的输出端与可变电阻R9、运算放大器Op4的负极输入端相连接，Op4的正极输入端接地，电阻R7、R8串联连接接到运算放大器Op4的输出端，电阻R8与滑动电阻R10相连接。
所述单片机控制模块6包括芯片AT89C52、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C6、C7、C8、晶振Y1；其中，芯片AT89C52管脚31与电阻R16相连接再与LED灯7连接，芯片AT89C52管脚17与电阻R15相连接再与充气泵8相连接，电阻R11、R12、R13、R14分别与浮子开关9内部的继电器开关相连接，再与进气阀门10相连接，芯片AT89C52的管脚25、26与晶振Y1的两端相连接，电容C6、C7并联在晶振Y1的两端并接地，芯片管脚27与电容C8的一端相连接，电阻R17接到电容C8的一端，电阻R17、电容C8的另一端均接地，按键K1一端接到电阻R17与电容C8的中间的连线上，另一端接5V等电势。
所述超声波测距传感器1包括接收/发射探头、芯片CX20106、芯片NE555、电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、电容C9、C10、C11、C12、运算放大器Op5、Op6、Op7、Op8、Op9；其中，接收/发射探头一端与运算放大器Op5的输出相连接，运算放大器Op5、Op6并联连接，电阻R22接到运算放大器Op6的输出端，运算放大器Op5、Op6的输入端相连接接到运算放大器Op9的输出端，接收/发射探头的另一端与运算放大器Op8的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接，电阻R21与运算放大器Op7的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接接到芯片NE555的8号管脚，芯片NE555的管脚7接可变电阻R24，R24的另一端接5V等电势，电阻R23接在芯片NE555的管脚7上并与电容C12串联连接，芯片NE555的管脚5接地，管脚6接到电阻R23的另一端，管脚3、管脚7串联连接，接收/发射探头的一端与芯片CX20106的管脚1相连接，芯片CX20106的管脚2与电阻R18相连接后再与电容C9相连接再接到接收/发射探头的另一端上，电容C10一端与芯片CX20106的管脚3相连接，另一端并接地，芯片NE555的管脚4直接与接收/发射探头的一端相连接，电阻R19一端与芯片CX20106的管脚5相连接，另一端与管脚8连接接入5V等电势，芯片CX20106的管脚6与电容C11相连接后再接地，电阻R20接到芯片CX20106的管脚5、管脚8之间。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：包括超声波测距传感器（1）、测量电路（2）、偏差增益电路（3）、A/D转换电路（4）、功率放大电路（5）、单片机控制模块（6）、LED灯（7）、充气泵（8）、浮子开关（9）、进气阀门（10）、GPS模块（11）、电池组（12）；其中，超声波测距传感器（1）与测量电路（2）相连接，测量电路（2）与偏差增益电路（3）相连接，偏差增益电路（3）与A/D转换电路（4）相连接，A/D转换电路（4）与功率放大电路（5）相连接，功率放大电路（5）与单片机控制模块（6）相连接，单片机控制模块（6）分别与LED灯（7）、充气泵（8）、进气阀门（10）、GPS模块（11）相连接，浮子开关（9）内部含有继电器电路，与进气阀门（10）相连接。
2.根据权利要求1所述的基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：所述的超声波测距传感器（1）包括防护网（13）、防护网固定扣（14）、防撞垫（15）、防护壳（16）、固定螺丝（17）、漏水口（18）、探头（19）、晶片（20）、内部固定卡（21）、基座（22）、信号传输线（23）；所述防护网（13）与防护网固定扣（14）相连接，防撞垫（15）安装在防护壳（16）的表面上，固定螺丝（17）安装在防护壳（16）的底部，漏水口（18）安装在防护壳（16）的底部；探头（19）与晶片（20）相连接，内部固定卡（21）安装在防护壳（16）的内部进行基座（22）的固定，晶片（20）与基座（22）相连接，信号传输线（23）与晶片（20）相连接。
3.根据权利要求1所述的基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：还包括充气管（24）、存水仓（25）、箱体（26）、浮漂固定架（27）、充气浮漂（28）、进水口（29）、进气口（30）、防水电源线（31）；其中，超声波测距传感器（1）安装在箱体（26）的顶部四角，充气泵（8）与充气管（24）相连接，充气管（24）与充气浮漂（28）相连接，进水口（29）在箱体（26）的底部，进气口（30）在箱体（26）的顶部与进气阀门（10）相连接，浮子开关（9）安装在箱体（26）内的存水仓内部左上角45度方位，GPS模块（11）安装在箱体（26）的中间部位，防水电源线（31）与电池组（12）相连接为设备供电。
4.根据权利要求1所述的基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：所述的测量电路（2）包括开关S1、S2、S3、S4、电容C1、C2、C3、C4、C5、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、运算放大器Op1、Op2、Op3；所述的偏差增益电路（3）包括电阻R7、R8、R9、R10、运算放大器Op4；其中，开关S2的一端输入电压，另一端分别与开关S1的一端、电容C1、C2的一端相连，开关S1、电容C1的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C3、开关S3、S4的一端相连，电容C3是另一端接地，开关S3、S4的另一端分别与运算放大器Op2、Op3的正极输入端相连；运算放大器Op1的正极接电阻R1的一端，并且R1的另一端接地，运算放大器Op1的负极接电阻R2的一端，R2的另一端接到Op1的输出端，运算放大器Op1的负极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端接到运算放大器OP3的输出端，电阻R4接到运算放大器Op3的输出端与负极之间，电容C5的一端接到Op3的负极，并且C5的另一端接地，开关S4的一端接到运算放大器Op3的正极输入端；运算放大器Op1的正极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端与运算放大器Op2的输出端相连接，电阻R5接到运算放大器Op2的输出端和负极输入端之间，电容C4接到Op2的负极输入并接地，开关S3的一端接到运算放大器Op2的正极输入端，运算放大器Op1的输出端与可变电阻R9、运算放大器Op4的负极输入端相连接，Op4的正极输入端接地，电阻R7、R8串联连接接到运算放大器Op4的输出端，电阻R8与滑动电阻R10相连接。
5.根据权利要求1所述的基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：所述的单片机控制模块（6）包括芯片AT89C52、电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、电容C6、C7、C8、晶振Y1；其中，芯片AT89C52管脚31与电阻R16相连接再与LED灯（7）连接，芯片AT89C52管脚17与电阻R15相连接再与充气泵（8）相连接，电阻R11、R12、R13、R14分别与浮子开关（9）内部的继电器开关相连接，再与进气阀门（10）相连接，芯片AT89C52的管脚25、26与晶振Y1的两端相连接，电容C6、C7并联在晶振Y1的两端并接地，芯片管脚27与电容C8的一端相连接，电阻R17接到电容C8的一端，电阻R17、电容C8的另一端均接地，按键K1一端接到电阻R17与电容C8的中间的连线上，另一端接5V等电势。
6.根据权利要求1所述的基于超声波测距的CPS嵌入式水下传感器定位装置，其特征在于：所述的超声波测距传感器（1）包括接收/发射探头、芯片CX20106、芯片NE555、电阻R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、电容C9、C10、C11、C12、运算放大器Op5、Op6、Op7、Op8、Op9；其中，接收/发射探头一端与运算放大器Op5的输出相连接，运算放大器Op5、Op6并联连接，电阻R22接到运算放大器Op6的输出端，运算放大器Op5、Op6的输入端相连接接到运算放大器Op9的输出端，接收/发射探头的另一端与运算放大器Op8的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接，电阻R21与运算放大器Op7的输出端相连接，运算放大器Op7、Op8、Op9并联连接接到芯片NE555的8号管脚，芯片NE555的管脚7接可变电阻R24，R24的另一端接5V等电势，电阻R23接在芯片NE555的管脚7上并与电容C12串联连接，芯片NE555的管脚5接地，管脚6接到电阻R23的另一端，管脚3、管脚7串联连接，接收/发射探头的一端与芯片CX20106的管脚1相连接，芯片CX20106的管脚2与电阻R18相连接后再与电容C9相连接再接到接收/发射探头的另一端上，电容C10一端与芯片CX20106的管脚3相连接，另一端并接地，芯片NE555的管脚4直接与接收/发射探头的一端相连接，电阻R19一端与芯片CX20106的管脚5相连接，另一端与管脚8连接接入5V等电势，芯片CX20106的管脚6与电容C11相连接后再接地，电阻R20接到芯片CX20106的管脚5、管脚8之间。
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