一種小型自治水下機器人控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水下機器人控制系統，具體地說是一種小型便攜式自治水下機器人為了適應模塊化設計而采用的控制系統。
【背景技術】
[0002]水下機器人作為一種替代或者協助人類探索海洋開發海洋的智能工具在本世紀得到了極大的重視。在近海、湖泊與水庫等相對水深較淺的地域，小型自治水下機器人(以下簡稱小型AUV)以其便攜性、易用性、低成本等特點，在水下水文環境監測與水下偵查等方面得到了廣泛的應用。
[0003]對于小型AUV，在工作可靠的前提下，模塊化與易維護是延長其使用周期的重要保障。設計出一種針對小型AUV的，簡單可靠，易于理解與操作維護的控制系統結構是廣大設計使用人員的迫切需求。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種小型AUV控制系統，對小型AUV可能安裝的設備及可能執行的使命進行了綜合考慮，保證在此種控制系統下小型AUV載體既能夠保證安全可靠地完成控制任務，也方便后期的維護與擴展升級。
[0005]為達到上述目的，本發明的通過以下技術方案來實現的:
[0006]一種小型自治水下機器人控制系統，包括:水面支持部分、通信裝置、控制主體、數據采集設備、電源管理模塊和推進系統模塊；所述控制主體與數據采集設備、電源管理模塊、推進系統模塊連接，還通過通信裝置與用于監控水下機器人的水面支持部分連接。
[0007]所述的數據采集設備包括多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統、深度計、機械陀螺、側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、銥星模塊、無線電模塊、無線網橋和臍帶電纜接頭。
[0009]所述的控制主體包括通過網絡順序連接的主控計算機、交換機和測量計算機；所述主控計算機通過串口與多普勒計程儀、電子羅盤、全球定位系統、水聲通信機、銥星、無線電連接，通過擴展數據采集板與深度計、機械陀螺連接，通過CAN總線接口與電源管理模塊、推進系統模塊連接；所述交換機與無線網橋、臍帶電纜接頭連接；所述測量計算機與側掃聲吶、溫鹽深傳感器連接。
[0010]所述主控計算機和交換機還具有擴展接口。
[0011]本發明具有以下有益效果及優點:
[0012]1.本發明使用三種數據傳輸手段:以太網作為控制系統內計算機之間的大數據量傳輸的通信方式，以CAN總線作為系統內狀態監測和執行器控制信號通信方式，以串口通信作為傳感器數據采集通信方式，三種數據傳輸手段同時具備使得系統兼具簡潔快速可靠安全的特性。
[0013]2.本發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超遠距離小數據量通信，無線電適合一公里可視范圍內較大數據量通信，無線網橋適合近距離大數據量通信，臍帶電纜適合在調試階段超近距離大數據量通信；水聲通信機保證在水下也可以有數據交換。
[0014]3.本發明可以根據不同設備對接口的要求方便的進行擴展，由于使用SBS可定制的嵌入式PC/104并且控制系統采用了常見的三種數據傳輸方式，對于以后的擴展傳感器基本上可以滿足其對接口方式和數量上的要求。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的控制系統總體結構示意圖；
[0016]其中，I水面支持部分，2主控計算機，3交換機，4測量計算機，5電源管理模塊，6推進系統模塊，7CAN的擴展接口，8多普勒計程儀，9電子羅盤，10全球定位系統，11水聲通信機，12銥星模塊，13無線電模塊，14臍帶電纜接頭，15無線網橋，16網絡擴展接口，17串口的擴展接口，18深度計，19陀螺，20AD擴展接口，21側掃聲吶，22溫鹽深傳感器，101通信設備，102通信裝置，201以太網接口，202串口，203CAN總線接口，204擴展數據采集板。
【具體實施方式】
[0017]為了使本發明實現的手段、特征、達成目的與功效易于明白，下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
[0018]一種小型自治水下機器人控制系統，包括:水面支持部分、控制主體、數據采集設備、通信設備、電源管理模塊和推進系統模塊。各部分聯結方法主要包括三種:CAN總線，以太網和串口。
[0019]本裝置使用銥星、無線電、無線網橋和臍帶電纜四種數據傳輸方式。銥星覆蓋范圍廣，傳輸距離遠但是有數據延遲并且傳輸數據量小；無線電傳輸距離短但是數據延遲小并且可以傳輸較大量數據；無線網橋傳輸距離更短且信號穩定性稍差但是數據傳輸量大且無數據延遲；臍帶電纜適合岸上調試使用，無數據延遲且數據傳輸量大，信號穩定。以上4種數據傳輸方式可以在不同情況下選擇一種或者多種進行數據傳輸。
[0020]數據采集設備和控制主體之間的數據傳輸取決于設備本身使用的接口，控制主體允許使用的數據傳輸接口包括串口 RS232接口和以太網接口，并且提供A/D轉換接口滿足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接口、CAN總線接口和串口 RS232接口在內的擴展接口，可以方便的將不同接口的新設備連接到控制主體上。控制主體包括主控計算機、交換機和測量計算機。控制主體之間使用網絡作為數據傳輸方式。控制主體和水面支持部分之間共有5種方式可以進行數據交換，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11，水面通信包括銥星模塊12、無線電模塊13和無線網橋15，臍帶電纜14適用于近距離水下或者水面調試(距離取決于水密電纜長度)。
[0022]所述的水面支持部分為內置通信設備101的水面控制系統，通過通信設備為水面上小型AUV的操作人員提供載體實時航行狀態監測并進行航行使命控制。通信設備101包括船載水聲通信機，岸基銥星模塊，岸基無線電模塊，岸基無線網橋和臍帶電纜插座，與水聲通信機11、銥星模塊12、無線電模塊13、無線網橋15和臍帶電纜接頭14對應連接并通?目。
[0023]所述的主控計算機是控制系統核心，采用SBS嵌入式PC/104，控制板包括至少6個串口接口，至少I個以太網接口和CAN接口，還有一個擴展的數據采集板進行部分A/D數據采集和I/O檢測輸出，主控計算機運行定制Linux或者類UNIX系統，接收傳感器采集到的數據并進行處理，最終控制各設備的通斷并控制推進系統做出反應。
[0024]所述的測量計算機是測量部分的核心，采用SBS嵌入式PC/104，包括至少兩個以太網接口和一個串口，用于測量部分傳感器設備的控制與數據存放，測量系統內感器主要指的是CTD和側掃聲吶。
[0025]所述的交換機是控制系統內網絡交換節點，采用MOXA工業級產品內部核心板，交換機上連接的設備有主控計算機，測量計算機，無線網橋以及臍帶電纜接頭。
[0026]所述的通信設備主要包括臍帶電纜接頭，無線網橋，銥星模塊，無線電模塊和水聲通信機，所有通信設備數據流向均為雙向，既可以接受數據也可以發送數據。
[0027]所述的數據采集設備主要包括電子羅盤(TCM)，全球定位系統(GPS)，多普勒計程儀(DVL)，溫鹽深傳感器(CTD)，側掃聲吶，機械陀螺，深度計；數據采集設備只輸