本发明涉及控制水下航行器浮力状态的自主调节，具体的说是一种用于浮力调节装置的控制系统。
背景技术：
无人水下航行器(uuv)是一种融合了多种技术的新型航行体，其中主要包括防水结构设计、推进器技术、能量储存与应用、计算机控制、数据融合处理、定位导航、远程通信、传感器等方面。目前，uuv可以应用于海洋资源的勘探、海洋油气的开发、水下线缆的敷设等。因此具有很广阔的发展前景。由于在每次的作业过程中所要搭载的设备不尽相同，因此载体在每次入水时的浮力状态都不相同，浮心、重心等参数就会发生变化，这样就需要人工的重新对载体进行配平。
传统的方法是对载体进行静力计算，然后通过重新分配各单元的配重与浮力使载体达到平衡状态。此后，在整个航行过程中，载体所受的浮力将恒定不变。一般情况下，为确保航行的安全性，配平时使载体保持3kg左右的正浮力，但是这样也会带来一系列的缺陷，例如，为平衡载体的正浮力,航行时须带有一定的攻角,阻力相对较大。另外当作业环境包括航行水域和航行深度在航行过程中发生变化时,载体的浮力状况将发生变化,重心和浮心的相对位置也将发生变化,变化的结果可能不适合的航行。因此研制具有浮力调节功能的装置的必要性就显现了出来。具备了这样的功能之后，当载荷发生变化时，就不再需要耗费大量的人力物力以及时间去进行配平，而是由载体自主的完成整个过程，同时也避免了可能产生的人为误差。另外，浮力调节系统在航行过程中可以按照要求调节载体的横倾角和纵倾角,以有利于载体在变深度航行时以最佳的攻角,最佳姿态来航行。浮力调节系统还可以预置先进的控制算法,根据闭环控制进行浮力调节,实现的定深悬浮等功能。
技术实现要素：
针对现有水下设备对航行姿态以及浮力调整的需求，本发明提供了一种可以搭载在设备上的浮力调节装置。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于浮力调节装置的控制系统，包括：
信号检测单元，连接控制管理电路，用于检测液压系统的电机电流信号、油的压力信号、油的流量信号并输出给控制管理电路；
控制管理电路，连接模拟量采集单元，用于将接收的液压系统的电机电流信号、油的压力信号、油的流量信号转换成对应的电压信号输出给模拟量采集单元；还连接数字i/o单元、直流电机和电磁阀组单元，用于根据接收的放大的数字控制信号输出相应的控制信号给直流电机和电磁阀组单元；
模拟量采集单元，连接微处理器单元，用于将接收的电压信号转换成数字检测信号输出给微处理器单元；
微处理器单元，连接通信协议转换器单元，用于根据接收的数字检测信号和通信协议转换器单元的控制指令输出数字控制信号给数字i/o单元；
数字i/o单元，连接微处理器单元、控制管理电路，用于将接收的数字控制信号放大并输出给控制管理电路；
通信协议转换器单元，连接上位机、微处理器单元，用于实现上位机、微处理器单元之间的通信；
电源模块，连接上述单元，用于为上述单元提供电能。
所述信号检测单元包括：电流传感器、压力传感器、流量传感器、采样电阻；
所述电流传感器连接液压系统的电机，用于采集电机电流信号；所述电机用于控制泵带动液压系统输油管路中的油流动；
所述压力传感器连接液压系统的泵，用于采集泵的压力信号；
所述流量传感器安装在液压系统输油管路上，用于采集流量信号。
所述电磁阀组单元中的电磁阀安装在液压系统中的输油管路上，用于打开或关闭输油管路；所述直流电机为液压系统中带动泵的元件，用于控制泵带动输油管路中的油的传输。
所述控制管理电路包括：信号采样区、继电器控制区；
所述信号采样区用于将接收的液压系统的电机电流信号、油的压力信号、油的流量信号转换成对应的1～5v电压信号；
所述继电器控制区包括多组功率继电器，用于分别控制直流电机和电磁阀组工作。
所述模拟量采集单元提供32个16位精度和软件可编程输入量程的模拟量输入通道。
所述数字i/o单元具备24路光隔离数字输出。
所述微处理器单元与模拟量采集单元、数字i/o单元之间通过总线进行通信。
所述通信协议转换器单元采用串口通信，用于将微处理器单元端的rs232信号与控制计算机端的rs485信号之间的数据转换。
所述电源模块包括动力电源和控制电源，分别为直流电机和电磁阀组、和控制系统供电。
本发明具有以下有益效果及优点：
1、本发明通过调节内外皮囊的体积进而改变所受浮力，可广泛应用于大多数的水下设备，提供航行时需求。
2、浮力调节系统在工作过程中在水中所产生的噪声相对较小，而且在设备达到稳态后浮力调节系统可以进入待机状态，大大降低了对电能的消耗。
3、控制系统整体体积较小，适合在空间上有特殊要求的情况下使用，连接使用方便，可靠。
4、可提供其额外的供电以及通信接口，便于实现功能的扩展。
附图说明
图1为本发明电路原理图；
图2为本发明所采用的控制程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，整个控制系统包括微处理器单元、数字i/o单元、模拟量采集单元、控制管理电路、电源模块、通信协议转换器、直流电机、电磁阀等。系统可以根据实际情况的变化对液压系统进行控制，通过传油来改变内外皮囊的体积比例，进而实现调节浮力的功能。微处理器单元是整个系统的核心组成部分，其通过协议转换器与控制计算机进行数据和指令的交互，通过pc104总线，与数字i/o单元、模拟量采集单元通信。数字i/o单元根据指令驱动控制管理电路上相应的功率继电器，控制电机阀组，使液压系统进行工作，调节内外油囊的体积，实现载体浮力的调整。检测压力、电流等变量的传感器将信号反馈给控制管理电路的采样单元，采样单元将信号转换为1～5v的电压传送给模拟量采集单元，以实现闭环控制。微控制器基于intelatomn455/d525处理器，支持667/800mhzddr3内存，同时包含一个更新的第三代图形处理核心，并支持64位操作系统。微控制器配合外围电路，可以实现串口通信，通过通信协议转换器，转换为rs485信号，使传输距离更长。模拟量采集单元提供了32个16位精度和软件可编程的模拟量输入通道，配合fifo操作，可达到200khz的采样速率，一个32位定时器/计数器用来触发a/d转换，一个16位定时器/计数器提供给用户使用。数字i/o单元提供了24路输出，其输出类型为达林顿oc输出，隔离电压为2500v，输出频率为10khz，最大输出电压为40vdc，输出电流为500ma。本发明具有体积小、成本低、运行稳定可靠等特点，能够完成设备在水下时需要进行浮力调节的控制作业要求，适合于在长期水下作业的设备上配备。
控制管理电路主要由四个功能区组成：通电指示区、继电器控制区、信号采样区和电源转换区。通电指示区由两组发光二极管和4.7kω的限流电阻组成，分别用于指示控制电和动力电的通电情况。当前级的供电开关关闭时，相应的指示灯就会被点亮，以提示当前通路有电，设备正在工作。继电器控制区包含有不同类型的功率继电器，其中包括控制电磁阀的欧姆龙dk2a-24v继电器，最大可切换电压dc30v,最大切换电流可达10a，响应时间3ms，线圈消耗功率200mw；控制直流电机的宏发hf105f-1功率继电器，最大触电切换能力为40a，触点与线圈之间介质耐压2.5kv，f级线圈绝缘等级，封装形式为塑封型。信号采样区由滤波电容和高精度的采样电阻组成，由于所挂载的电流、压力、流量传感器都为电流输出型，因此需要经过250ω的高精度电阻将信号转换为1～5v，供模拟量采集单元使用。电源转换区通过模块将24v电压转换为±15v电压，供传感器使用。
电源模块分为控制电部分和动力电部分，控制电部分为控制器以及检测设备提供电能；动力电部分为直流电机提供电能。电源模块，动力部分用于将360vdc转换为24vdc，为电机以及电磁阀提供电能；控制部分采用与动力部分独立的24vdc电源，为控制器等设备供电。两部分供电相互隔离，避免了动力设备起停时带来的干扰。
如图2所示，控制程序存储在微控制器中，上电后程序自动启动运行。微控制器中安装有linux操作系统，能够更好的提升全系统的工作效能。控制程序首先会对控制器及其辅助电路进行检测，然后对模拟量采集单元和数字i/0单元进行配置。接着配置并启动串口准备接收数据。当接收到计算机发送的串口数据后，系统会自动对节点号、校验和进行判断。符合判断条件就接收该组数据，如果出现错误就舍弃该组数据。接收到正确的指令后，系统就会进行动作。同时，模拟量采集单元接收电流、压力、流量等传感器的信号，将信息传递给微控制器，对整个浮力调节的系统进行监控。程序会对瞬时流量、累计流量以及电机的运行状态进行控制。程序对数据进行打包通过串口发送给上位机系统，这样就完成了一个循环的操作，如果没有出现其他情况程序将继续往复执行这一流程。