一种应用于水下机器人自主回收的光源引导系统的制作方法

本发明涉及水下机器人自主回收领域，具体地说是一种应用于水下机器人自主回收的光源引导系统。

背景技术：

近几年来，海洋经济开发得到了世界各国家的重视，自主式水下机器人(auv)具有作业效率高，智能化水平高、航程远等优点，在海洋开发、地质勘探、油气检测以及军事探查等领域得到了越来越广泛的应用，逐渐成为各国的开发研究对象。受限于目前能源技术、通信水平等因素制约，自主式水下机器人在作业过程中，仍需定期到母船上进行能源补给、数据传输和指令下载等操作，这样就面临了回收与布放问题，在恶劣海况下，无法完成水下机器人的布放与回收工作。这样各国争相发展水下机器人的自主回收技术，使得机器人在水下完成能源补给，使命下载与数据上传等，提高水下机器人的作业效率以及作业能力，为水下机器人技术的产业化以及大规模化奠定基础。

目前世界各国水下机器人自主回收方式多样，以声学引导+光学引导最为热点，在回收过程中，远距离利用声学引导，引导auv进入到光学引导有效距离内，采用光学近距离引导，提高了水下机器人对接回收成功率。然而，在光学引导过程中，光源亮度直接影响到了光学对接算法的准确性。光源太亮，导向罩会形成光圈，对光学导引算法提出更高的要求，光源太暗，auv需更近距离才能分辨对接机构位置，这样都增加了对接回收过程中的难度。而且多次人工调节光源亮度，也不太现实，这样开发具有自主可调的光源装置成为一种可能。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于水下机器人自主回收的光源引导系统，解决现有auv在对接回收过程中需要人工多次调节光源的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种应用于水下机器人自主回收的光源引导系统，包括

光源引导装置，设置于回收导引基站上，且连接光源控制模块，所述光源引导装置上设置有引导光源，光源引导装置接收光源控制模块的控制命令，根据控制命令对引导光源进行调节；

光源控制模块，连接回收引导基站和光源引导装置，通过串口接收回收引导基站的控制指令，向光源引导装置发出控制命令，调节引导光源亮度以及控制引导光源亮灭排列。

所述光源引导装置为圆形导向罩，在圆形导向罩边沿均匀分布有若干led光源。

所述led光源为蓝色光源。

所述光源控制模块包括控制芯片、buck斩波电路、故障检测电路和继电器；

所述控制芯片通过pwm驱动引脚连接buck斩波电路，控制芯片输出pwm脉冲信号给buck斩波电路的开关管，控制其通断；故障检测电路串联接入buck斩波电路，采集buck斩波电路中的电流值，并将电流值转换为电压值，回传给控制芯片；故障检测电路的输出端通过继电器连接光源引导装置，输出电压；控制芯片通过ad检测电路连接故障检测电路，接收故障检测电路回传的电压值；控制芯片通过io控制引脚连接继电器，输出开关控制信号给继电器，控制继电器的开关。

所述buck斩波电路的开关管采用mosfet开关器件，通过调节开关管的开通/关断占空比，调节输出电压值，控制引导光源亮度。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明实现了回收引导光源的智能控制，提高了自主回收的可靠性；

2.本发明降低了人工调节光源亮度的劳作强度，提高了试验效率，保障人员安全；

3.本发明以通信总线形式接入回收系统，提高了系统智能水平。

附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的故障检测电路示意图；

图3是本发明的光源引导装置实施例图；其中1为led光源；

图4是本发明的全部点亮的引导光源示意图；

图5是熄灭两个led光源的引导光源示意图；

图6是熄灭三个led光源的引导光源示意图；

图7是熄灭四个led光源的引导光源示意图。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的属于“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

光源引导系统包括光源引导装置和光源控制模块；

光源引导装置采用圆锥导向罩形状，整体采用结构件刚性连接，圆形外轮廓上均匀安装有标记对接回收位置的引导光源；光源引导装置需刚性连接在回收导引基站上；

光源控制模块采用单片机控制，通过串口接收回收引导基站控制指令信息，采用电压环闭环pid控制，调节八盏光源亮度以及控制光源排列形状，同时具备光源故障信息监测功能，将光源信息反馈上传。

光源控制模块采用buck拓扑结构，电压环闭环pid控制。需采用stm32f103rbt6系列单片机为控制芯片，采用st3232ebtr系列串口芯片。光源控制系统可通过检测每个led的电流，判断其故障信息。

图1是本发明的系统结构图。

光源引导系统，包括

光源引导装置，设置于回收导引基站上，且连接光源控制模块，所述光源引导装置上设置有引导光源，光源引导装置接收光源控制模块的控制命令，根据控制命令对引导光源进行调节；

光源控制模块，连接回收引导基站和光源引导装置，通过串口接收回收引导基站的控制指令，向光源引导装置发出控制命令，调节引导光源亮度以及控制引导光源亮灭排列。

所述光源控制模块包括控制芯片、buck斩波电路、故障检测电路和继电器；控制芯片通过pwm驱动引脚连接buck斩波电路，控制芯片输出pwm脉冲信号给buck斩波电路的开关管，控制其通断；故障检测电路串联接入buck斩波电路，采集buck斩波电路中的电流值，并将电流值转换为电压值，回传给控制芯片；故障检测电路的输出端通过继电器连接光源引导装置，输出电压；控制芯片通过ad检测电路连接故障检测电路，接收故障检测电路回传的电压值；控制芯片通过io控制引脚连接继电器，输出开关控制信号给继电器，控制继电器的开关。斩波电路开关管采用mosfet开关器件，通过控制mosfet开关器件的开通/关断的占空比，达到调节斩波电路的输出电压。所述的串口通信电路连接控制芯片的uart引脚，用于连接回收引导基站的通信总线，接收回收引导基站的控制指令和反馈led光源故障信息。

继电器，通过控制芯片的io控制电路控制继电器的开通和关断，可以自由控制任何一盏引导光源亮灭。

图2是本发明的故障检测电路示意图。

通过检测流经每一个led光源的电流值ia，经过比较放大电路，将电流ia值转化为电压值cu_a，接入到光源控制模块的ad检测电路，经过ad转化，判断电流值ia是否正常，依次，判断出光源led的工作状态。

图3是本发明的光源引导装置实施例图。

光源引导装置采用圆锥导向罩，圆形外轮廓上均匀安装有标记对接回收位置的引导光源，光源引导装置需刚性连接在回收导引基站上；光源为八只呈圆形均匀排布的蓝色led光源。

系统默认光源图形为八只led全亮，控制电路输出电压默认值8伏；在未接收到任何串口指令情况下，主程序检测输出电压与输出总电流值，判断八只光源的工作状态，并上传结果。

当接收到控制指令后，通过解析判断，若需改变光源排布图形，通过io控制每只led的支路输出，改变其光源图形，并上传结果；若需改变灯源亮度，通过分析方案，改变电压输出结果，改变其光源亮度，并上传结果。

图4为引导光源全部点亮状态时呈现的led光源亮灭状态；图5为熄灭两个led光源时的引导光源呈现的led光源亮灭状态；图6为熄灭三个led光源时的引导光源呈现的led光源亮灭状态；图7为熄灭四个led光源时的引导光源呈现的led光源亮灭状态。

工作原理为：

光源控制模块接收到回收引导基站的控制指令后，进行解析，判断如果需要改变光源排列，则向光源引导装置上的引导光源发出控制命令，控制每只led光源的亮灭，改变引导光源亮灭排列，并上传结果；如果需要改变光源亮度，则改变对应led光源的输出电压，调节对应led光源的亮度，并上传结果。