概述

海底测绘是重要的学术研究领域，在地球科学、海洋生物学、气候变化研究等多个学科中均有广泛应用价值。近几十年来，全球对海洋生态系统所发生变化的关注度日益提升，这类海洋探测工作对制定环保政策同样具有深远影响。
为此，某科研团队联系研扬科技，希望寻找一款嵌入式计算平台，用于驱动面向学术研究的自主水下机器人（AUV），执行海底测绘、样本分析等任务。在综合评估项目各项指标后，客户最终认定，研扬科技 PICO-TWL4 正是解锁海洋奥秘的关键。

项目需求：深海级严苛要求

最大化任务续航时间

客户的核心需求，是让自主水下机器人（AUV）能够覆盖广阔海域，这意味着设备需要长时间连续作业。由于该 AUV 为无人自主运行，无法采用热插拔电池的方式进行续航，因此设计重点转向最大限度提升能效。

稳定精准的导航能力

对人类未曾探测过的区域开展研究，会面临诸多挑战，而自主导航是其中首要难题。与在工厂等环境相对可控的场景中运行的自主设备不同，自主水下机器人（AUV）需要在复杂的三维环境中航行，保持与海底精准的垂直定位至关重要。

用于样本采集的电机控制

该自主水下机器人（AUV）的任务是在不同海域采集海底样本，因此其搭载的计算平台不仅需要支持目标检测与避障功能，确保任务过程中规避危险，还需向样本采集装置等负载设备发送运动控制指令。

核心掌控：PICO-TWL4

面对功能与环境稳定性之间需要精细平衡的需求，研扬科技 PICO-TWL4 脱颖而出，成为助力客户完成此次探索任务的理想平台。

四核低功耗处理器

PICO-TWL4 可搭载英特尔 ® 酷睿™ 3 处理器 N355或英特尔 ® 处理器 N150，两款均为英特尔 ® N 系列高能效处理器（原 Twin Lake 平台）。客户最终选用搭载 N150 的版本，既能满足 AUV 稳定运行所需的算力，又能实现极低功耗。

英特尔 ® N150 基础功耗仅 6W，但其四核架构与较高主频，足以轻松并行处理多类任务：外设传感器数据融合、负载控制、导航数据解算等。此外，PICO-TWL4 的 BIOS 默认开启 CPU 休眠 C-state 并支持 S3 模式，在 AUV 无需高速运算时可大幅降低功耗，需要工作时又能无缝恢复运行。

适配严苛环境的定制化设计

PICO-TWL4 低功耗、高能效的特性，显著提升了 AUV 的航行距离与连续作业时长，支持科研人员开展更高难度的探测项目。不仅如此，研扬还对主板进行了定制化改造，将传统锂电池替换为超级电容。

这一定制最初源于客户需求：超级电容可近乎无限次充放电而性能衰减极小，非常适合 AUV 的使用场景；同时也大幅缩短了设备充电时间。超级电容充电仅需约 300 秒，而锂电池往往需要数小时，这对偏远海域科考任务而言是极大的效率提升。

多传感器全面支持

PICO-TWL4 尺寸仅 100mm × 72mm，却提供了丰富接口，可满足 AUV 导航与定位所需的各类传感器接入。其中最关键的是一组 40 针插针，可引出 4 组串口：2 路支持 RS-232/422/485，2 路为 RS-232。

为实现航位推算与海底高度测量，其中两路串口分别接入姿态航向参考系统（AHRS）与高度计。前者可实时提供三维姿态、绝对与相对航向数据，实现精准定位；后者则让机器人避开障碍物与海底，防止碰撞。第三路串口用于连接声呐，识别行进路线上的物体，同时完成局部地图构建，辅助路径规划。

此外，PICO-TWL4 的 2 路 USB 3.2 Gen 2 与 4 路板载 USB 2.0 接口，可接入更多辅助传感器，用于采集温度、水压、距离等专项任务数据。

实时负载精准控制

为完成海底样本采集，AUV 主控单元需与运动控制设备稳定通信，PICO-TWL4 的双网口在此发挥了关键作用。两个 RJ-45 网口分别支持 1GbE 与 2.5GbE 速率，可向采水器、抽吸泵等设备下发控制指令。

由于定位精度要求极高，这些指令必须做到微秒级精准。系统主要通过搭载英特尔 ® 以太网控制器 I226的网口下发运动指令，依托其 ** 时间敏感网络（TSN）** 特性，支持精准时间协议（IEEE 1588），可与导航传感器实现严格时序同步，统一融合所有输入的三维定位数据。由此，AUV 可实现多负载协同作业，在综合姿态、高度、声呐等多维度数据的同时，精准完成海底样本采集。

应用架构

应用价值

该科研团队采用研扬科技 PICO-TWL4 作为自主水下机器人（AUV）的核心控制器，不仅顺利完成了多项学术研究任务，还收获了诸多附加优势。其中一大亮点便是：依托 PICO-TWL4 的低功耗处理平台与动态电源管理技术，机器人实现了更长的连续作业时间。

得益于超级电容极快的充电速度，整机系统停机时间被压缩至分钟级。同时，超级电容可耐受频繁充放电循环，无形中提升了整台 AUV 的使用寿命。此外，锂电池在极端温度下易出现过热甚至爆炸风险，而超级电容具备更高的热稳定性与安全性，更适配水下严苛作业环境。

主板丰富的接口配置也进一步提升了系统耐用性与扩展性。设备并未局限于单一专用通信方式，而是同时兼容多种主流现代协议与传统通信协议，即便未来技术升级，主板仍可灵活适配，具备良好的前瞻性与可扩展性。

总而言之，PICO-TWL4 不仅保障了客户项目顺利开展，更助力其在海底探测学术研究中实现新突破，为自主设备在海洋科研领域的应用探索开辟了全新方向。