海洋是一个富饶而远未得到开发的资源宝库。人类的生存和发展会越多的依赖于海洋。我国人均资源匮乏，海洋开发更具有特殊意义。所以，水下机器人成为一种重要的海洋开发工具。水下机器人的应用领域已经不断扩大，如海洋研究，海洋开发和未来的军事应用。照明控制系统能够引导水下机器人的运动，指导目标的追踪。本系统主要研究和设计水下机器人的照明控制系统。水下机器人的照明控制系统设计包括硬件系统设计和软件系统设计。照明控制系统的硬件设计包括单片机最小系统，温度采集，液晶显示。软件系统设计包含串行通信程序，定时中断程序，PWM波产生程序和超温保护功能程序。本课题设计可以通过远程智能控制产生一组可变的PWM波，驱动水下机器人的照明灯，进而改变灯光亮度。此外，LCD能不断的显示系统的温度和灯光亮度。关键词 Modbus RTU；调光灯；串口通信；水下机器人；照明控制系统
目录
第一章绪论 1
1意义 1
2背景现状 1
3主要研究内容 2
4研究方法 3
第二章照明控制系统简介 4
2.1通信协议 4
2.1.1数据包 4
2.1.2 通信命令格式 5
2.2 照明控制系统的程序开发 7
2.2.1 PIC单片机 7
2.2.2MPLAB 9
2.2.3 下载编程器 11
2.2.4调试 12
2.2.5烧写（固化）程序 12
2.3 PWM模式 12
第三章照明控制系统的硬件设计 14
3.1照明控制系统的硬件结构 14
3.2调试工具 14
3.3 单片机系统 14
3.3.1单片机最小系统 15
3.3.2温度采集芯片 15
3.3.3液晶显示 16
第四章照明控制系统的软件设计 17
4.1串口通信程序设计 17
4.2 定时器程序设计 20
4.3MODBUS功能模块设计 22
4.4超温保护功能模块设计 23
4.5 PWM功能模块设计 25
第五章系统调试
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27
结语 32
致谢 33
参考文献 34
附录 34
第一章 绪论
1 意义
水下机器人可以代替人工在水下作业，特别是进入一些困难的领域，例如在高度危险的环境中，污染环境和零能见度水域。因为水下机器人有观测设备（摄像机、摄像机、灯光等）和操作设备（机械手、刀具、吸尘器等）,它可以代替人进行考古，探究海洋资源，救护等工作[2]。水的透光能力差，吸收光的能力很强，在水下很深的地方就比较暗，水下机器人在水下观察和作业时,就需要不同的灯光亮度进行照明运动，调光控制系统对水下机器人很重要[3]。
2 研究背景现状
随着时代的发展，陆地资源越来越短期，人类开发海洋的步伐正在逐渐加快，水下机器人也变得越来越火热起来。根据实际的用途的需要，人类研究发展了各种功能用途的水下机器人来进行海洋开发。自美国建造了第一台用于水文勘测的水下机器人后，人们就开始对这个领域做了大量的研究，但处于当时的时代，各项技术都比较有限，所以发展起来比较困难。过了几十年以后，随着电子信息技术以及材料科学等领域的快速发展，以及各个国家都很注重在海洋的权益，水下机器人被迫切的需要用于军事领域，以及海洋开发，水下机器人又得到了进步发展更新。直到如今，水下机器人的各个系统都越来越完善，应用的领域也越来越广泛。
随着发光二极管技术的迅速发展，发光二极管取代传统光源被广泛应用于通用照明是未来的发展趋势，因此水下机器人也采用了发光二极管来应用于照明控制系统，这样带来了极大的收益，比如，节约了资源，保护了环境，用起来更加的安全省心。水下机器人在水下运动非常的依赖于它的照明控制系统，能够引导追踪目标的踪迹，及时返回海洋目标信息。
水下机器人的照明控制系统是通过远程控制通信的，其中远程控制的通讯方式有很多种，如TCP/IP，IPX/SPX，NetBEUI，Modbus网络等等。近些年来，随着现场总线技术的发展，它能够实现对各个工业设备的智能管理和分散管理。所以，在工业领域越来越多的工业设备采用现场总线技术，它的主要中心是通信协议和通信技术。Modbus协议是一种最先出来且免费对外开放的通信协议，在长时间的实际应用中，它越来越被大众所认可，最终成为了工业控制领域中的标准通信协议[1]。基于这些，本课题设计使用标准的Modbus通讯协议来进行远程控制通信。
Modbus通信使用的是主从通信，在一个网络下，可以连接一个主设备和最多255个从设备。从设备的编号可以是1到 255中的任意一个，或者几个。但是，大多数条件下，基本都是采用一个主设备和一个从设备。当主设备的地址码为0时，它就相当于一个广播，可以将消息发送给在1到255号之间的任意一个在线从设备[2]。
标准的Modbus大多采用的是RS232串行接口，进行Modbus通信中，必须保证发送包的数据帧和RS232相一致，才能正确发送。Modbus一次发送和接收的数据包中，包含了多组数据帧，而Modbus协议正是对这些数据帧进行了定义，并赋予其特定的意义。设备只要符合Modbus协议通信方式，就能对这些发送和接收的数据包进行解析，实现同一个网络下的设备间的正常通信[3]。
Modbus协议主要描述的是应用层的信息封装信息[4], Modbus主要内容为Modbus应用层，在现实的实际应用中可以将不同的物理连接网络通过Modbus协议组成统一的系统。下图为Modbus应用层描述，如图11所示：


图11 Modbus应用层
3 主要研究内容
（1）理解并掌握Modbus RTU协议的基本内容，包括报文格式、功能码设置、CRC校验等。
（2）掌握PIC系列单片机的基本原理、外围电路的扩展以及基本软件编程方法。
（3）设计一种水下机器人的LED照明调光灯控制器，能够实现LED灯亮度的任意调节。

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