CN206704494U - 基于ZigBee的多机器鱼 - Google Patents

Abstract

一种基于ZigBee的多机器鱼。仿生机器鱼的研究已成为目前机器人研究领域的热点。仿生机器鱼在水中运输、水下搜救、军事侦察以及海底资源勘探等极为复杂的水下环境有着广泛的应用前景。一种基于ZigBee的多机器鱼，其组成包括：嵌入ZigBee模块的机器鱼一（9）和柔性外壳1，嵌入ZigBee模块的机器鱼一具有所述的柔性外壳，柔性外壳的两端分别与头部壳体（2）和尾鳍壳体（3）连接，柔性外壳的内部具有第一关节（4）、第二关节（5）、第三关节（6）和杆系（7），头部壳体的上部连接有天线（8），头部壳体的内部具有CC1110芯片。本实用新型应用于电气信息领域。

Description

基于ZigBee的多机器鱼

技术领域：

本实用新型涉及一种基于ZigBee的多机器鱼，结合ZigBee技术的通信特点设计了适合多机器鱼通信的网络结构，硬件及通信模块软件的设计方法，把短距离通信技术应用到多机器鱼通信上，具有快速、低功耗、低成本以及安全可靠等特点，能满足一定范围内数据采集及处理的要求，具有一定的应用价值。

背景技术：

仿生机器鱼的研究已成为目前机器人研究领域的热点。仿生机器鱼在水中运输、水下搜救、军事侦察以及海底资源勘探等极为复杂的水下环境有着广泛的应用前景。就目前的机器鱼技术水平而言，单机器鱼在信息的获取、处理及控制能力等方面都是有限的，对于复杂的工作任务及多变的工作环境，单机器鱼的能力更显不足。由多个机器鱼组成的群体系统通过协调、协作来完成单机器鱼无法或难以完成的工作将是机器鱼发展的趋势。

的网络功能是其最重要的特点。在网络层方面，其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。在网络层中，ZigBee定义了三种角色。第一个是网络协调者，负责建立网络和分配网络位置；第二个是路由器，主要负责找寻、建立以及修复信息包的路由路径，并负责转送信息报；第三个是末端装置，只能选择加入他人已经形成的网络，可以收发信息但不能转发。ZigBee技术具有低成本、低功耗、低传输速率等特点。基于ZigBee技术的多机器鱼控制方案采用CC1110实现了多机之间的协作与通信，可满足一定范围数据采集及处理要求。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种基于ZigBee的多机器鱼。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于ZigBee的多机器鱼，其组成包括：嵌入ZigBee模块的机器鱼一和柔性外壳，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一具有柔性外壳，

所述的柔性外壳的两端分别与头部壳体和尾鳍壳体连接，所述的柔性外壳的内部具有第一关节、第二关节、第三关节和杆系，所述的头部壳体的上部连接有天线，所述的头部壳体的内部具有CC1110芯片。

所述的基于ZigBee的多机器鱼，SoC芯片具有一个标准的增强型8051微控制器和一个无线收发芯片CC1100，所述的增强型8051微控制器自带32K Flash和4K RAM存储器。

所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节为动力部分，所述的动力部分来自舵机，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节即为3个舵机。

所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节构成鱼体摆动结构。

所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼具有无线接收器，所述的无线接收器通过无线信号与无线发射器连接，所述的无线发射器通过串口与PC机连接，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一分别与嵌入ZigBee模块的机器鱼二、嵌入ZigBee模块的机器鱼三和嵌入ZigBee模块的机器鱼N连接。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型ZigBee网络技术是基于802.15.4的无线通信协议，具有低成本、低功耗、低传输速率等特点，并支持星型、网状、簇状等多种网络拓扑结构。而多机器鱼协作只需要彼此间断性地传递有限的信息，并要尽可能地节省能量。

本实用新型采用ZigBee星型结构。通信系统中有两种机器鱼，一种是充当网络协调器的机器鱼，另一种是普通机器鱼。充当网络协调器的机器鱼的主要任务是建立无线网络、管理网络、对网络的安全负责，要存储网络内所有节点的设备信息，接受终端节点的状态信息以及发送命令控制节点的状态。其他普通机器鱼的主要任务是数据采集、发送状态信息给协调器，比如当这类机器鱼受到某些触发(例如内部定时器时间到了、外部传感器采集完数据等)的时候，就会向协调器传送数据。这些节点以自组织方式构成无线网络，以协作的方式采集和处理网络覆盖区域中所需要的信息，可以实现对任意节点信息在任意时间的采集、处理和分析。

本实用新型在建立绑定关系后，主节点发送控制命令给机器鱼子节点，机器鱼终端节点接收到控制命令后向主节点发送测得的数据和设备状态，网络协调器通过无线模块把数据传输至PC机，PC机接收到数据后进行数据处理。机器鱼会把采集到的数据和自身的位置信息发给网络协调器，网络协调器根据事先在水池四周布置好的参考结点的坐标参数来计算出发送信息的机器鱼的水平位置x和竖直位置y，从而实现机器鱼的定位。

本实用新型CC1110芯片可以用来处理接收到的信息和控制机器鱼的动力部分。机器鱼的动力来自舵机，设计关节数为3个，即有3个舵机。每个舵机由十五位不同占空比的PWM波来控制转动不同的角度，三个舵机需要配合形成鱼体波来控制鱼体摆动。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是机器鱼之间的通信系统结构框图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于ZigBee的多机器鱼，其组成包括：嵌入ZigBee模块的机器鱼一9和柔性外壳1，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一具有所述的柔性外壳，所述的柔性外壳的两端分别与头部壳体2和尾鳍壳体3连接，所述的柔性外壳的内部具有第一关节4、第二关节5、第三关节6和杆系7，所述的头部壳体的上部连接有天线8，所述的头部壳体的内部具有CC1110芯片。

实施例2：

根据实施例1所述的基于ZigBee的多机器鱼，SoC芯片具有一个标准的增强型8051微控制器和一个无线收发芯片CC1100，所述的增强型8051微控制器自带32K Flash和4KRAM存储器。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节为动力部分，所述的动力部分来自舵机，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节即为3个舵机。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节构成鱼体摆动结构。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的基于ZigBee的多机器鱼，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一具有无线接收器10，所述的无线接收器通过无线信号与无线发射器11连接，所述的无线发射器通过串口12与PC机13连接，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一分别与嵌入ZigBee模块的机器鱼二14、嵌入ZigBee模块的机器鱼三15和嵌入ZigBee模块的机器鱼N16连接。

实施例6：

星型网只有一个网络协调器，负责管理、协调网络内各设备的信息传输。终端设备的通信必需通过协调器才能完成。簇型网也可称之为互联星型网，是星型网的延拓。网状网基本通信单位也是星型网，具有路由功能的FFD设备可以互相路由，网状网可以通过自组织、无线路由提供多个数据通信路径。

实施例7：ZigBee芯片CC1110是德州仪器公司(TI)的一款低成本无线SoC芯片，适用于低功耗无线应用。此芯片包含了一个标准的增强型8051微控制器和一个无线收发芯片CC1100。8051 MCU自带32K Flash和4K RAM存储器。

实施例8：

CC1110具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；在休眠模式时仅0.5μA的流耗，通过外部中断或RTC唤醒系统，在待机模式时少于0.3μA的流耗，通过外部中断唤醒系统；其硬件支持CSMA/CA功能，电压范围为2.0~3.6V。它的数字化RSSI/LQI支持强大的DMA功能，具有电池监测和温度感测功能，带有2个强大的支持几组协议的USART、一个支持TI自定义协议栈的MAC计时器、1个常规的16位计时器和2个8位计时器。该芯片只需要较少的外围电路，具有强大灵活的开发工具。CC1110的RF射频收发器集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，其数据传输率可达500kbps。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项能使性能得到提升。CC1110为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供了广泛的硬件支持。

Claims (5)

1.一种基于ZigBee的多机器鱼，其组成包括：嵌入ZigBee模块的机器鱼，其特征是：所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一具有柔性外壳，所述的柔性外壳的两端分别与头部壳体和尾鳍壳体连接，所述的柔性外壳的内部具有第一关节、第二关节、第三关节和杆系，所述的头部壳体的上部连接有天线，所述的头部壳体的内部具有CC1110芯片。

2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的多机器鱼，其特征是： SoC芯片具有一个标准的增强型8051微控制器和一个无线收发芯片CC1100，所述的增强型8051微控制器自带32KFlash和4K RAM存储器。

3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的多机器鱼，其特征是：所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节为动力部分，所述的动力部分来自舵机，所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节即为3个舵机。

4.根据权利要求3所述的基于ZigBee的多机器鱼，其特征是：所述的第一关节、所述的第二关节和所述的第三关节构成鱼体摆动结构。

5.根据权利要求1所述的基于ZigBee的多机器鱼，其特征是：所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼具有无线接收器，所述的无线接收器通过无线信号与无线发射器连接，所述的无线发射器通过串口与PC机连接，所述的嵌入ZigBee模块的机器鱼一分别与嵌入ZigBee模块的机器鱼二、嵌入ZigBee模块的机器鱼三和嵌入ZigBee模块的机器鱼N连接。