一種小型自治水下機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水下機(jī)器人控制系統(tǒng)，具體地說是一種小型便攜式自治水下機(jī)器人為了適應(yīng)模塊化設(shè)計而采用的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人作為一種替代或者協(xié)助人類探索海洋開發(fā)海洋的智能工具在本世紀(jì)得到了極大的重視。在近海、湖泊與水庫等相對水深較淺的地域，小型自治水下機(jī)器人(以下簡稱小型AUV)以其便攜性、易用性、低成本等特點(diǎn)，在水下水文環(huán)境監(jiān)測與水下偵查等方面得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]對于小型AUV，在工作可靠的前提下，模塊化與易維護(hù)是延長其使用周期的重要保障。設(shè)計出一種針對小型AUV的，簡單可靠，易于理解與操作維護(hù)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是廣大設(shè)計使用人員的迫切需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種小型AUV控制系統(tǒng)，對小型AUV可能安裝的設(shè)備及可能執(zhí)行的使命進(jìn)行了綜合考慮，保證在此種控制系統(tǒng)下小型AUV載體既能夠保證安全可靠地完成控制任務(wù)，也方便后期的維護(hù)與擴(kuò)展升級。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種小型自治水下機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括:水面支持部分、通信裝置、控制主體、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、電源管理模塊和推進(jìn)系統(tǒng)模塊；所述控制主體與數(shù)據(jù)采集設(shè)備、電源管理模塊、推進(jìn)系統(tǒng)模塊連接，還通過通信裝置與用于監(jiān)控水下機(jī)器人的水面支持部分連接。
[0007]所述的數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統(tǒng)、深度計、機(jī)械陀螺、側(cè)掃聲吶以及溫鹽深傳感器。
[0008]所述通信裝置包括水聲通信機(jī)、銥星模塊、無線電模塊、無線網(wǎng)橋和臍帶電纜接頭。
[0009]所述的控制主體包括通過網(wǎng)絡(luò)順序連接的主控計算機(jī)、交換機(jī)和測量計算機(jī)；所述主控計算機(jī)通過串口與多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統(tǒng)、水聲通信機(jī)、銥星、無線電連接，通過擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集板與深度計、機(jī)械陀螺連接，通過CAN總線接口與電源管理模塊、推進(jìn)系統(tǒng)模塊連接；所述交換機(jī)與無線網(wǎng)橋、臍帶電纜接頭連接；所述測量計算機(jī)與側(cè)掃聲吶、溫鹽深傳感器連接。
[0010]所述主控計算機(jī)和交換機(jī)還具有擴(kuò)展接口。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.本發(fā)明使用三種數(shù)據(jù)傳輸手段:以太網(wǎng)作為控制系統(tǒng)內(nèi)計算機(jī)之間的大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，以CAN總線作為系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)監(jiān)測和執(zhí)行器控制信號通信方式，以串口通信作為傳感器數(shù)據(jù)采集通信方式，三種數(shù)據(jù)傳輸手段同時具備使得系統(tǒng)兼具簡潔快速可靠安全的特性。
[0013]2.本發(fā)明使用四種水面通信手段與一種水下通信手段:銥星通信適合全球范圍內(nèi)超遠(yuǎn)距離小數(shù)據(jù)量通信，無線電適合一公里可視范圍內(nèi)較大數(shù)據(jù)量通信，無線網(wǎng)橋適合近距離大數(shù)據(jù)量通信，臍帶電纜適合在調(diào)試階段超近距離大數(shù)據(jù)量通信；水聲通信機(jī)保證在水下也可以有數(shù)據(jù)交換。
[0014]3.本發(fā)明可以根據(jù)不同設(shè)備對接口的要求方便的進(jìn)行擴(kuò)展，由于使用SBS可定制的嵌入式PC/104并且控制系統(tǒng)采用了常見的三種數(shù)據(jù)傳輸方式，對于以后的擴(kuò)展傳感器基本上可以滿足其對接口方式和數(shù)量上的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]其中，I水面支持部分，2主控計算機(jī)，3交換機(jī)，4測量計算機(jī)，5電源管理模塊，6推進(jìn)系統(tǒng)模塊，7CAN的擴(kuò)展接口，8多普勒計程儀，9電子羅盤，10全球定位系統(tǒng)，11水聲通信機(jī)，12銥星模塊，13無線電模塊，14臍帶電纜接頭，15無線網(wǎng)橋，16網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展接口，17串口的擴(kuò)展接口，18深度計，19陀螺，20AD擴(kuò)展接口，21側(cè)掃聲吶，22溫鹽深傳感器，101通信設(shè)備，102通信裝置，201以太網(wǎng)接口，202串口，203CAN總線接口，204擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集板。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的手段、特征、達(dá)成目的與功效易于明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0018]一種小型自治水下機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括:水面支持部分、控制主體、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、通信設(shè)備、電源管理模塊和推進(jìn)系統(tǒng)模塊。各部分聯(lián)結(jié)方法主要包括三種:CAN總線，以太網(wǎng)和串口。
[0019]本裝置使用銥星、無線電、無線網(wǎng)橋和臍帶電纜四種數(shù)據(jù)傳輸方式。銥星覆蓋范圍廣，傳輸距離遠(yuǎn)但是有數(shù)據(jù)延遲并且傳輸數(shù)據(jù)量??；無線電傳輸距離短但是數(shù)據(jù)延遲小并且可以傳輸較大量數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)橋傳輸距離更短且信號穩(wěn)定性稍差但是數(shù)據(jù)傳輸量大且無數(shù)據(jù)延遲；臍帶電纜適合岸上調(diào)試使用，無數(shù)據(jù)延遲且數(shù)據(jù)傳輸量大，信號穩(wěn)定。以上4種數(shù)據(jù)傳輸方式可以在不同情況下選擇一種或者多種進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0020]數(shù)據(jù)采集設(shè)備和控制主體之間的數(shù)據(jù)傳輸取決于設(shè)備本身使用的接口，控制主體允許使用的數(shù)據(jù)傳輸接口包括串口 RS232接口和以太網(wǎng)接口，并且提供A/D轉(zhuǎn)換接口滿足4?20mA或者O?5V等常見的模擬量輸入。
[0021]控制主體提供包括以太網(wǎng)接口、CAN總線接口和串口 RS232接口在內(nèi)的擴(kuò)展接口，可以方便的將不同接口的新設(shè)備連接到控制主體上?？刂浦黧w包括主控計算機(jī)、交換機(jī)和測量計算機(jī)?？刂浦黧w之間使用網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸方式?？刂浦黧w和水面支持部分之間共有5種方式可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括水下通信和水面通信兩部分，水下通信包括水聲通信機(jī)11，水面通信包括銥星模塊12、無線電模塊13和無線網(wǎng)橋15，臍帶電纜14適用于近距離水下或者水面調(diào)試(距離取決于水密電纜長度)。
[0022]所述的水面支持部分為內(nèi)置通信設(shè)備101的水面控制系統(tǒng)，通過通信設(shè)備為水面上小型AUV的操作人員提供載體實(shí)時航行狀態(tài)監(jiān)測并進(jìn)行航行使命控制。通信設(shè)備101包括船載水聲通信機(jī)，岸基銥星模塊，岸基無線電模塊，岸基無線網(wǎng)橋和臍帶電纜插座，與水聲通信機(jī)11、銥星模塊12、無線電模塊13、無線網(wǎng)橋15和臍帶電纜接頭14對應(yīng)連接并通?目。
[0023]所述的主控計算機(jī)是控制系統(tǒng)核心，采用SBS嵌入式PC/104，控制板包括至少6個串口接口，至少I個以太網(wǎng)接口和CAN接口，還有一個擴(kuò)展的數(shù)據(jù)采集板進(jìn)行部分A/D數(shù)據(jù)采集和I/O檢測輸出，主控計算機(jī)運(yùn)行定制Linux或者類UNIX系統(tǒng)，接收傳感器采集到的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，最終控制各設(shè)備的通斷并控制推進(jìn)系統(tǒng)做出反應(yīng)。
[0024]所述的測量計算機(jī)是測量部分的核心，采用SBS嵌入式PC/104，包括至少兩個以太網(wǎng)接口和一個串口，用于測量部分傳感器設(shè)備的控制與數(shù)據(jù)存放，測量系統(tǒng)內(nèi)感器主要指的是CTD和側(cè)掃聲吶。
[0025]所述的交換機(jī)是控制系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，采用MOXA工業(yè)級產(chǎn)品內(nèi)部核心板，交換機(jī)上連接的設(shè)備有主控計算機(jī)，測量計算機(jī)，無線網(wǎng)橋以及臍帶電纜接頭。
[0026]所述的通信設(shè)備主要包括臍帶電纜接頭，無線網(wǎng)橋，銥星模塊，無線電模塊和水聲通信機(jī)，所有通信設(shè)備數(shù)據(jù)流向均為雙向，既可以接受數(shù)據(jù)也可以發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0027]所述的數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要包括電子羅盤(TCM)，全球定位系統(tǒng)(GPS)，多普勒計程儀(DVL)，溫鹽深傳感器(CTD)，側(cè)掃聲吶，機(jī)械陀螺，深度計；數(shù)據(jù)采集設(shè)備只輸