一种尾鳍推进式机器鱼能耗统计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器鱼能耗技术领域，尤其设及一种尾罐推进式机器鱼能耗统计方 法。
【背景技术】
[0002] 机器鱼是典型的电池供电装置，受体积、重量的制约W及水环境的影响，特别是在 恶劣环境和人们不宜到达场所，机器鱼的供电电池不能更换，运决定了机器鱼在水中的工 作时间是有限的。因此，在电池储能没有很大提升的情况下，如何在获得满意的应用性能的 同时，降低机器鱼的能耗，延长机器鱼的使用寿命，运是机器鱼所面临的巨大挑战之一。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种尾罐推进式机器鱼能耗统计方法，该方法 通过分析计算机器鱼各个耗能模块的耗能量，并能够统计出机器鱼的总能耗，为机器鱼系 统优化设计、运动参数的配置W及基于能量效率的控制算法等提供依据。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种尾罐推进式机器鱼能耗 统计方法，包括W下步骤：
[0005] 1)根据尾罐推进式机器鱼的动力学模型W及运动参数对尾罐推进式机器鱼游动 状态的影响，分析出尾罐推进式机器鱼能耗因素；
[0006] 2)根据尾罐推进式机器鱼的能耗因素，分析出与能耗因素对应耗能模块，并依据 所有的耗能模块产生的能耗建立尾罐推进式机器鱼能耗统计模型；
[0007] 3)通过测试仪器对尾罐推进式机器鱼能耗统计模型的耗能模块参数进行采集；
[0008] 4)将采集的耗能模块参数数据进行模拟计算，计算出每个耗能模块消耗的能量；
[0009] 5)将计算出的各个耗能模块消耗的能量组合起来，即统计出尾罐推进式机器鱼的 总能耗。
[0010] 优选的，所述的步骤2)中的尾罐推进式机器鱼耗能模块为运动模块、感知模块、 处理器模块、通信模块。
[0011] 优选的，所述的步骤4)对各个耗能模块的计算为：
[0012] A运动模块的能耗计算公式为：
[0013]
[0014] B感知模块的能耗计算公式：
[0015]
[0016] 其中，Vs为传感器工作电压，Is为传感器工作电流，Ts为传感器每次工作时间，Ns 为传感器开启的次数；
[0017] C处理器模块的能耗包括运行、空闲、睡眠=种状态的能耗；其计算公式为：
[001 引Emcu-Er…巧"16~*~65166。 做
[0019] 其中：Er。。表示运行状态能耗，即：
[0020]
[0021] 其中：y为电路参数，C是指电容负载，V为工作电压，f是处理器的工作频率，I为 短路电流，N是指处理器处于活动时的周期数，Vt是热电压，K和n是与电路相关的常数；
[0022] Eidie表示为空闲状态能耗，即：
[0023]
[0024] 其中：0 <A< 1
[00幼 Esleep表示睡眠状态能耗，即：
[0026]
[0027] D通信模块的能耗包括发射状态、接收状态、空闲状态、睡眠状态W及关闭状态的 能耗；计算公式为：
[002引 Efadio-Etx~*~ErX巧idle~*~Esleep(^)
[0029] 其中：Etx为发射状态所消耗的能量，可表示为：
[0030]
[0031] 其中：Vtx为工作电压，In为发射状态下的电流，1 1为发送第i个数据包的长度，R 为数据率；
[0032] Ekx为接收状态所消耗的能量，可表示为：
[0033]
[0034] 优选的，所述步骤5)中尾罐推进式机器鱼的总能耗为：
[003引 Efoboticfish-Em0tion~*~Esensor+EMcu+Eradi0 (l0)
[003引其中：E"b。。。fu康示机器鱼总能耗；Em。。。。表示运动模块能耗；Esensor表示感知模 块能耗；Emeu表示处理器能耗；Eradi。表示通信模块能耗。
[0037] 优选的，所述运动模块主要通过服-5085MG金属齿数码舱机采集运动模块能耗参 数，所述感知模块通过DS18B20溫度传感器采集感知模块能耗参数，所述处理器模块通过 MSP430fl49微控制器采集处理器模块能耗参数，所述通信模块通过CC2420标准的射频收 发器采集通信模块能耗参数。
[0038] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明W尾罐推进式机器鱼为研究对 象，首先基于机器鱼的动力学模型，分析运动参数对机器鱼游动状态的影响，然后根据机器 鱼的组成部分和分析结果，建立机器鱼能耗统计模型，包括运动模块、感知模块、处理器模 块、通信模块所产生的能耗。通过建立机器鱼能耗统计模型，该模型一定程度上能准确反映 机器鱼在工作中所消耗的能量，为机器鱼系统优化设计、运动参数的配置W及基于能量效 率的控制算法等提供依据。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明中机器鱼的平面运动示意图；
[0040] 图2是本发明运动模块能耗仿真与实验验证对比图；
[0041] 图3是本发明感知模块能耗仿真与实验验证对比图；；
[0042] 图4是本发明通信模块能耗仿真与实验验证对比图；
[0043] 图5是本发明处理模块能耗仿真与实验验证对比图；
[0044] 图6是本发明机器鱼系统总能耗仿真与实验验证对比图；。
【具体实施方式】
[0045] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046] 本发明是一种尾罐推进式机器鱼能耗统计方法，包括W下步骤：
[0047] 1)根据尾罐推进式机器鱼的动力学模型W及运动参数对尾罐推进式机器鱼游动 状态的影响，分析出尾罐推进式机器鱼能耗因素；
[0048] 2)根据尾罐推进式机器鱼的能耗因素，分析出与能耗因素对应耗能模块，并依据 所有的耗能模块产生的能耗建立尾罐推进式机器鱼能耗统计模型；
[0049] 3)通过测试仪器对尾罐推进式机器鱼能耗统计模型的耗能模块参数进行采集；
[0050] 4)将采集的耗能模块参数数据进行模拟计算，计算出每个耗能模块消耗的能量；
[0051] 5)将计算出的各个耗能模块消耗的能量组合起来，即统计出尾罐推进式机器鱼的 总能耗。
[0052] 进一步优化的实施例为，所述的步骤2)中的尾罐推进式机器鱼耗能模块为运动 模块、感知模块、处理器模块、通信模块；所述运动模块主要通过服-5085MG金属齿数码舱 机采集运动模块能耗参数，所述感知模块通过DS18B20溫度传感器采集感知模块能耗参 数，所述处理器模块通过MSP430fl49微控制器采集处理器模块能耗参数，所述通信模块通 过CC2420标准的射频收发器采集通信模块能耗参数。
[0053] 进一步优化的实施例为，所述的步骤4)对各个耗能模块的计算为：
[0054] A运动模块的能耗计算公式为：
[0058] 其中，Vs为传感器工作电压，Is为传感器工作电流，Ts为传感器每次工作时间，Ns 为传感器开启的次数；
[0059] C处理器模块的能耗包括运行、空闲、睡眠=种状态的能耗；其计算公式为：
[0060]Emcu=Erun巧idle化leep 做
[006。 其中屯。。表示运行状态能耗，即：
[0062]
[0063] 其中：y为电路参数，C是指电容负载，V为工作电压，f是处理器的工作频率，I为 短路电流，N是指处理器处于活动时的周期数，Vt是热电压，K和n是与电路相关的常数；
[0064] Eidie表示为空闲状态能耗，即：
[0065]
[0066] 其中：0