Utvikling av sensorsystem på et fjernstyrt undervannsfartøy

Abstract

UiS Subsea er en studentorganisasjon ved Universitetet i Stavanger som hvert år har som mål å lage et fjernstyrt undervannsfartøy i form av en ROV som skal brukes i en konkurranse som holdes i USA. I år er ROV-en delt opp i åtte deloppgaver, hvor 18 ingeniørstudenter er involverte, samt tre økonomistudenter. Konkurransen skal holdes i Long Beach, California, og inneholder oppgaver som ROV-en skal bygges rundt.

For å utføre disse oppgavene på best mulig vis, er det viktig med en rekke sensorer som skal ta for seg blant annet ROV-ens orientering og sikkerhet. Det er viktig for reguleringssystemet på ROV-en at helningsvinkler og dybde alltid er kjent, og med tanke på at ROV-en befinner seg under vann er det viktig å kunne detektere en eventuell lekkasje. Denne rapporten dekker ROV-ens sensorsystem.

I år det eneste kravet fra konkurransen som direkte kan påvirke sensorsystemet, lengdemåling av fisk. Det er valgt å gjøre dette ved å bruke maskinsyn, så dette blir ikke en oppgave for sensorsystemet i årets prosjekt. Det har heller blitt fokusert på et utvalg av sensorer som gjør ROV-en enkel å manøvrere og overvåke. Sensorene som er utvalgt dekker beregning av rull- og stampvinkel, dybdeberegning ned til 50 meters dybde, samt lekkasjedeteksjon og temperaturovervåkning på tre kretskort i elektronikkhuset.

Ettersom årets sensorsystem utvikles av en student på egenhånd, er det satt fokus på å holde systemet enkelt og bruke sensorer fra tidligere år om igjen om de har gitt gode resultater. Det har likevel blitt vurdert andre sensorer som kunne gitt bedre resultater, hvor lekkasjesensoren og trykksensoren er nye varianter i år.

Sensorsystemet bruker en mikrokontroller montert på et ferdig utviklingskort som plasseres på et egetut- viklet skjoldkort hvor sensorene enten er påmontert eller koblet til ved hjelp av kontakter ut av kortet. Skjoldkortet er produsert av en ekstern bedrift, men alle komponenter er loddet på for hånd.

Mikrokontrolleren på sensorsystemet er programmert ved hjelp av utviklingsmiljøet STM32CubeIDE kjent fra fagene Datamaskinarkitektur og Datamaskinkonstruksjon. Mikrokontrolleren tar inn sensordata kontinuerlig hvert 50 ms, og sender data videre til ROV-ens delsystemer når data er behandlet.

Totalt sett er prosjektet godt gjennomført, og resultatet viser til et funksjonelt system med rom for forbedring. Sensorene systemet er bygget opp av fungerer som antatt, men krever fremdeles nærmere undersøkelse og analyse. Oppgaven har bydd på store utfordringer, men det har også ført til en enorm mestringsfølelse i flere felt. Det er fremdeles utvikling som gjenstår å fullføres, men systemet er så langt funksjonelt og kan implementeres i ROV-en.

UiS Subsea is a student organization at the University of Stavanger that every year aims to create one remotely operated submarine in the form of an ROV to be used in a competition held in the United States. This year the ROV is divided into eight sub-tasks, where 18 engineering students are involved, as well as three economics students. The competition will be held in Long Beach, California, and includes tasks for which the ROV will be built around.

In order to perform these tasks in the best possible way, it is important to have a number of sensors to deal with the ROV's orientation and safety. It is important for the control system on the ROV that rotation and depth are always known, and given that the ROV is under water, it is important to be able to detect a possible leak. This report covers the ROV's sensor system.

This year the only requirement from the competition that can directly affect the sensor system, is length measurement of fish. It has been chosen to do this by using machine vision, so this will not be a task for the sensor system in this year's project. Instead, the focus has been on a selection of sensors that make the ROV easy to maneuver and monitor. The sensors that are selected cover the calculation of roll and pitch angle, depth calculation down to 50 meters depth, as well as leak detection and temperature monitoring on three circuit boards in the electronics housing.

As this year's sensor system is developed by one student single handedly, the focus is on keeping the system unpretentious and use sensors from previous years again if they have given good results. Nevertheless, sensors that could have given better results have been considered, where the leakage sensor and the pressure sensor are new varieties this year.

The sensor system uses a microcontroller mounted on a finished development board which is placed on a shield card where the sensors are either mounted or connected by means of connectors out of the card. The shield card is manufactured by an external company, but all components are soldered on by hand.

The microcontroller on the sensor system is programmed using the STM32CubeIDE development environment known from the subjects Computer Architecture and Computer Construction. The microcontroller captures sensor data continuously every 50 ms, and forwards data to the ROV subsystems when data is processed.

Overall, the project is well executed, and the result refers to a functional system with room for improvement. The sensors the system is made up of work as expected, but still require more examination and analysis. The task has presented great challenges, but it has also led to an enormous feeling of mastery in several fields. There is still development to be completed, but the system is so far functional and can be implemented in the ROV.