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系統識別號 U0026-1611201018574400
論文名稱(中文) 微小型水下載具通訊控制之先期研製
論文名稱(英文) Initial Development of Communication and Control for Small Underwater Vehicles
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 系統及船舶機電工程學系
系所名稱(英) Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
學年度 99
學期 1
出版年 99
研究生(中文) 賴柏僑
研究生(英文) Po-Chaio Lai
電子信箱 p1697129@mail.ncku.edu.tw
學號 p1697129
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 85頁
口試委員 口試委員-潘欣泰
口試委員-王榮爵
指導教授-李坤洲
中文關鍵字 水下載具  超音波  不可壓縮流 
英文關鍵字 underwater vehicle  supersonic waves  incompressible flow  MDX-540 
學科別分類
中文摘要 目前各單位所發展的水下載具,主要都是以電磁波通訊控制,本論文規劃出水下載具應該具備的各種功能,並以在水下傳輸較有利的聲波作為通訊控制,藉此來控制載具的動力推進。
依照初期的內部元件有(馬達、電池、電路)來建構出水下載具的尺寸,載具尺寸規劃在212mm×102mm×78mm,再以計算流體力學軟體COMSOL Multiphysics中的不可壓縮流,探討模擬分析的結果,修改出較佳的外型。
經由模擬與實驗,本論文在外型方面設計出阻力較小的流線,最後以MDX-540桌上型雕銑機,將設計好的上蓋與下蓋分別製作成型。
在動力方面,已經可以在有限區域的水下環境使用超音波傳輸,傳輸可達15cm以上,成功的控制三顆馬達的正反轉。
英文摘要 At present, the development of various underwater units is mainly controlled by the electromagnetic communications. In this paper, we propose various functionalities that underwater vehicles should have, and utilize acoustics, which is the ideal way for the communication under water, to control vehicles.
Based on the initial development of internal components (motors, batteries, and circuits) to construct the size of underwater vehicles, its size is designed in the 212mm×102mm×78mm, and the CFD software COMSOL Multiphysics is used in incompressible flow to analyze the results of simulation. Therefore, a better shape can be constructed.
Through simulations and experiment, the less resistance of the exterior for underwater vehicles is developed in this research. Finally I used the MDX-540 to the output of the vehicle design prototyping.
In the aspect of the driving force, we can make the use of ultrasound transmission in the limited area of the underwater environment to control three Reversible motors successfully, and the distance of the transmission is more 15 cm.
論文目次 目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
符號 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究動機與目的 1
1-2 文獻回顧 1
1-3 研究貢獻 3
1-4 論文架構 3
第二章 微小型水下載具之先期規劃 7
2-1 載具外殼的設計 7
2-2 載具內部軟硬體設備 7
2-2-1 防水裝置 7
2-2-2 推進系統裝置 7
2-3 驅動電力 8
2-4 攝影裝置 8
2-5 慣性導航裝置 8
2-6 全球定位系統 9
2-7 通訊系統 9
2-8 感測系統 9
第三章 水下環境之超音波無線控制 17
3-1 水中環境聲速介紹 17
3-1-1 水中聲速 17
3-1-2 傳輸路徑損失 18
3-2 超音波模組介紹 18
3-2-1 電源 18
3-2-2 超音波感測器 19
3-2-4 超音波發射電路介紹 19
3-2-5 超音波接收電路介紹 20
3-3單晶片微電腦 20
3-3-1 單晶片的選擇 20
3-3-2 單晶片的編譯及燒錄 21
第四章 微小型載具外型設計與製作 37
4-1 載具外型設計介紹 37
4-2 計算流體力學軟體介紹 37
4-3 流體運動方程式 38
4-4 層流與紊流 40
4-5 邊界條件與網格的設定 40
4-5-1 邊界條件的設定 40
4-5-2 網格的設定 41
4-6 後處理分析 41
4-6-1 流線圖 41
4-6-2 壓力圖 41
4-7 載具外殼之製作 42
第五章 簡易小型載具製作 77
5-1 無線遙控模組介紹 77
5-1-1 R/C遙控模組 77
5-1-2 電子變速器 77
5-1-3 電池、馬達與微型伺服機 78
5-2 載具之組裝 78
5-3 載具之實地測試與操作 78
第六章 結論與未來展望 82
6-1結論 82
6-2未來展望 82
參考文獻 83


圖目錄
圖1-1 雷虎SB-1 4
圖1-2 Shadow III 5
圖1-3 護身符號 6
圖2-1 水下載具本體的先期架構圖 10
圖2-2 上蓋邊緣圖 11
圖2-3 下蓋邊緣圖 12
圖2-4 水下載具運動之六個自由度 13
圖2-5 無線微小型攝影機 14
圖2-6 聲波控制水下載具通訊架構 15
圖2-7 水下麥克風能量轉換示意圖 16
圖3-1 發射端電路圖 22
圖3-2 接收端電路圖 23
圖3-3 KT40-1602超音波感應探頭 24
圖3-4 發射電路輸出波形 25
圖3-5 CX20106內部結構圖 26
圖3-6 發射電路 27
圖3-7 接收電路 28
圖3-8 超音波控制模組動作流程圖 29
圖3-9 單晶片AT89C51接腳圖 30
圖3-10 單晶片AT89C2051接腳圖 31
圖3-11 燒錄流程圖 32
圖3-12 燒錄器PGMS5A 33
圖4-1 載具製作流程圖 43
圖4-2 無干涉視圖 44
圖4-3 爆炸視圖 45
圖4-4 流體的黏性的定義 46
圖4-5 文獻[1]水下載具 47
圖4-6 文獻[1]水下載具透視圖 48
圖4-7 不可壓縮流 49
圖4-8 邊界入口設定 50
圖4-9 邊界出口設定 51
圖4-10 參數設定圖 52
圖4-11 文獻[1]載具網格建構圖 53
圖4-12 文獻[1]載具總網格建構圖 54
圖4-13 設計圖一載具網格建構圖 55
圖4-14 設計圖一載具總網格建構圖 56
圖4-15 設計圖二載具網格建構圖 57
圖4-16 設計圖二載具總網格建構圖 58
圖4-17 文獻[1]水下載具流線圖 59
圖4-18 設計圖一載具之流線圖 60
圖4-19 設計圖二載具之流線圖 61
圖4-20 文獻[1]水下載具一層表面壓力圖 62
圖4-21 設計圖一載具層數一的表面壓力圖 63
圖4-22 設計圖二載具層數一的表面壓力圖 64
圖4-23 文獻[1]水下載具層數100的表面壓力圖 65
圖4-24 設計圖一載具層數100的表面壓力圖 66
圖4-25 設計圖二載具層數100的表面壓力圖 67
圖4-26 MDX-540桌上型雕銑機 68
圖4-27 上蓋內部 69
圖4-28 上蓋外部 70
圖4-29 下蓋內部 71
圖4-30 下蓋外部 72
圖5-1 遙控器T6EX-2.4G 79
圖5-2 接收器 80
圖5-3 載具 81


表目錄
表3-1 超音波探頭KT40-1602規格 34
表3-2 馬達動作表 35
表3-3 單晶片AT89C51及AT89C2051的比較 36
表4-1 水的物理性質(SI單位) 73
表4-2 文獻[1]、設計圖一、設計圖二網格建構表 74
表4-3 文獻[1]、設計圖一、設計圖二外殼受水的壓力比較表 75
表4-4 MDX-540桌上型雕銑機規格 76

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