专利名称：一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及的是一种检测装置，具体地说是一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置。本发明还涉及一种智能潜水器控制舱的全实物测试方法。
(二)
背景技术：
随着科技的不断进步，智能潜水器作为船舶与海洋工程、机器人技术的学科交叉领域，得到了世界各国的广泛重视。智能潜水器在可广泛用于海底生物资源探査，矿产资源采样，海底地形勘测，沉物打捞，地震地热活动的监测，海洋环境监测，海洋工程维护等。经过多年来各国学者的努力，智能潜水器的功能不断完善。与此同时，控制舱的电子设备也越来越复杂。因此在载体安装完成之后，智能潜水器下水之前进行控制舱的全实物测试是十分必要的。目前绝大多数研究机构采用的控制舱全实物测试方式是陆上直接接入实物传感器，检测软件对传感器数据收发是否正常。这样的办法缺点明显，因整个程序运行过程中涉及到的载体运动摇荡，传感器数据的合理改变，执行机构(螺旋桨)等的输出都无法在陆地上实现。因此，不能构成控制程序检测的闭环。因此，研制出一种智能潜水器控制舱的全实物测试方法，接收控制输出，模拟传感器的变化、建立载体动力学响应，完成控制的闭环测试，是智能潜水器陆上测试的关键性技术问题。而本发明所述的全实物测试方法，满足以上要求。
西北工业大学先后发表了《某型水下航行器控制方案的半实物仿真》等6篇
论文，论及了水下航行器半实物仿真方法。但此半实物仿真方法需要三轴电动转
台和水压仿真器等辅助实物设备；无螺旋桨和浮力调整机构的测试手段；不能在控制舱全封闭下进行。哈尔滨工程大学甘永等在《系统仿真学报》发表了论文-《水下机器人半实物运动仿真系统的设计》，论及了水下机器人半实物仿真方法。但该论文所述方法不能在控制舱全封闭下进行；无舵机测试需要的脉冲频率和个数检测装置，不能实现舵翼等需要步进电机带动的执行机构实物测试；无浮力调整机构测试手段；执行机构输出通过网络，而不是实际输出。中科院沈阳自动化研究所孟宪伟等在《系统仿真学报》发表了论文《载人潜器半物理虚拟仿真系统
4及其性能分析》，介绍了载人潜器半物理仿真方法。但该论文所述方法需要现场总线控制器和10/100M工业以太网交换机；文中无舵机测试需要的脉冲频率和个数检测装置，不能实现舵翼等需要步进电机带动的执行机构实物测试；对于数字信号的采集与发送，该文中没有给出实现方式。
综上，已有技术中是采用半实物仿真方法，需要辅助设备或不能完全实现全实物闭环测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以在智能潜水器安装之后，在不开控制水密舱的情况下，有效地完成控制水密舱内全部控制设备和计算机的闭环调试的一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法。
本发明的目的是这样实现的
智能潜水器控制舱的全实物测试装置的组成包括一台普通PC、安装完成的控制水密舱、多串口卡、多功能卡、水密接插线、控制水密舱直流稳压供电电源，
所述的一台普通PC至少2个PCI插槽-插接多串口卡和具有AD、 DA、 DIO、计数器功能的多功能卡；水密接插线包括串行通信RS-232信号线、串行通信RS-485信号线、串行通信RS-422信号线、模拟信号输入线、模拟信号输出线、数字信号输入线、数字信号输出线、脉冲信号输出线、脉冲信号输入线；水密接插线一端与控制水密舱水密插头联接，另一端导线引出的连接关系为串行通信RS-232信号线，接入多串口卡的RS-232串口的TX、 RX、 GND;串行通信RS-485信号线，接入多串口卡的RS-485串口的485+， 485-;串行通信RS-422信号线，接入多串口卡的RS-422串口，T+、 T-接入多串口卡该路的R+、 R-; R+、 R-接入该路的T+、 T-;模拟信号输入线，接入多功能卡的DA输出端；模拟信号输出线，接入
多功能卡的AD采集端；数字信号输入线，接入多功能卡的数字信号DO输出端；数字信号输出线，接入多功能卡的数字信号DI采集端；脉冲信号输出线，接入
多功能卡的脉冲采集端；脉冲信号输入线，接入多功能卡的脉冲输出端。基于智能潜水器控制舱的全实物测试系统的测试方法为
(1)按照原始定义，水密接插线一端与控制舱水密插头联接，另一端导线
引出，将串行通信信号线接入普通PC多串口卡；将模拟电压信号线、数字信号线、脉冲信号线接入多功能卡；(2) 在普通PC中启动智能潜水器水动力学计算和传感器模拟程序，等待控 制舱内各个嵌入式计算机发出控制指令，并通过多串口卡上的指定串口和多功能 卡上的指定端口接收指令，根据6自由度空间动力学方程计算潜水器新的位置和 姿态，按照实际传感器数据传输速率和传输格式定义，通过多串口卡和多功能卡 发回传感器状态信息；
(3) 控制舱内各个嵌入式计算机程序启动，通过水密接插线发出控制指令， 接收通过水密接插线返回的传感器信息；
(4) 建立控制-传感器信息反馈-再控制-再反馈的信息循环，形成完整的控 制程序调试闭环，长时间考核控制水密舱内软硬件的可靠性。
本发明可有效地进行智能潜水器控制舱的全实物测试，可在线模拟传感器的 数据变化、执行机构输出的载体动力学响应等。在控制舱全封闭的情况下，对控 制舱内的计算机等硬件和软件程序进行全面而真实的实物测试。为智能潜水器下 水试验做好充分准备。
本发明可在控制舱全封闭的情况下，只利用一台综合测试计算机，对控制舱 内的计算机和软件程序进行全面而真实的闭环实物测试。全面模拟传感器和执行 机构的模拟信号、数字信号、脉冲信号、串行通信数据。可实现传感器的实际输 出模拟和对螺旋桨、舵翼、浮力调整机构执行机构、开关量的控制输出实际检测。
(四)
附图是本发明的智能潜水器控制舱的全实物测试装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
结合附图测试设备包括一台普通PC1 (至少2个PCI插槽-插接多串口卡2、 多功能卡〈需具有AD、 DA、 DIO、计数器功能〉3)，安装完成的控制水密舱4，水 密接插线，控制水密舱直流稳压供电电源。
控制舱水密接插线可分为五类串行通信RS-232信号线、串行通信RS-485 信号线、串行通信RS-422信号线、模拟信号输入线、模拟信号输出线、数字信 号输入线、数字信号输出线、脉冲信号输出线、脉冲信号输入线。
按照原始定义，水密接插线一端与控制水密舱水密插头联接，另一端导线引
出
6串行通信RS-232信号线，接入多串口卡的一路RS-232串口的TX、 RX、 GND; 串行通信RS-485信号线，接入多串口卡的一路RS-485串口的485+， 485-; 串行通信RS-422信号线，接入多串口卡的一路RS-422串口，T+、 T-接入多串口 卡该路的R+、 R-; R+、 R-接入该路的T+、 T-; 模拟信号输入线，接入多功能卡的DA输出端的一路； 模拟信号输出线，接入多功能卡的AD采集端的一路； 数字信号输入线，接入多功能卡的数字信号D0输出端的一路； 数字信号输出线，接入多功能卡的数字信号DI采集端的一路； 脉冲信号输出线，接入多功能卡的脉冲采集端的一路； 脉冲信号输入线，接入多功能卡的脉冲输出端的一路。
多串口卡和多功能卡均采用PCI总线板卡，Windows下的驱动可由厂家获得。 驱动多串口卡后，Windows设备管理器中出现通讯端口 (COM3)-通讯端口 (C0M10)。加上PC主板自带两个通讯端口 (C0M1、 COM2)，共有10个。这样可 通过程序读写串口 1-串口 10，模拟输出多个传感器串行通信数据。其数据源为 Windows下运行的水动力学仿真程序，数据传输速率和传输格式与实物传感器保 持一致，返回传感器状态信息给控制舱。
其中
coml-多普勒速度计
com2-导航系统
com3-光纤罗经
com4-高度计
com5-温盐深
com6—-前视声纳
com7-侧扫声纳
com8-电池组监测单元
com9-前浮力调整装置
coml0-后浮力调整装置
驱动多功能卡后，在Windows设备管理器中出现多功能卡标识。向指定寄存 器地址写入即可输出电压模拟信号、数字信号、指定频率指定个数的脉冲(一般为方波)。这样可通过程序模拟输出传感器的电压模拟信号(如深度计，输出电 压与深度成正比)、数字信号(如舱室漏水检测传感器输出)、脉冲(舵机转角传 感器的反馈)，其数据源为Windows下运行的潜水器综合仿真程序，数据传输方 式与实物传感器保持一致，通过多功能卡返回传感器状态信息给控制舱；
向指定寄存器地址读取即可得到输入电压模拟信号、数字信号、脉冲的频率 与个数。控制舱发出的控制指令，包括电压模拟信号(给螺旋桨的控制指令)、 数字信号(其他设备继电器的控制信号)、脉冲(舵机步进电机驱动器的输入)。 这些控制指令接入多功能卡，潜水器综合仿真程序读取这些指令，作为程序更新 的输入，决定虚拟设备关开，计算螺旋桨推力和舵力，加载入六自由度动力学计 算程序，计算潜水器新的位置和姿态，通过多串口卡中的各个串口、多功能卡中 的输出通道，发送回控制水密舱。
控制水密舱内的嵌入式计算机中烧入的控制程序，与PC中的潜水器综合仿 真程序，通过多串口卡、多功能卡、水密接插线传输数据。控制舱内的控制程序 得到的输入信息接收方式和控制信息的输出方式，与实艇下水后的完全一致。这 样的全闭环测试，可保证智能潜水器控制硬件的测试完整性。对于控制舱内的控 制程序，其完全不必考虑是实艇实验状态，还是实物测试状态，保证了程序测试 的一致性。
智能潜水器控制舱的全实物测试方法包括
1. 按照原始定义，水密接插线一端与控制水密舱水密插头联接，另一端导 线引出，将串行通信信号线接入多串口卡；将模拟电压信号线、数字信号线、脉 冲信号线接入多功能卡。
2. 驱动多串口卡和多功能卡，使PC中的Windows程序可以调用函数对多串 口卡上的各个串口和多功能卡上的M端口、 AD端口、 DI端口、 D0端口、脉冲 计数端口、脉冲发出端口进行操作。
3. 在PC中的Windows启动智能潜水器水动力学仿真和传感器模拟程序，等 待控制舱内各个嵌入式计算机发出控制指令，通过多串口卡接收嵌入式计算机发 出的浮力调整装置注排油串行信号，各传感器数据请求信号等；通过多功能卡接 收嵌入式计算机发出螺旋桨控制电压信号、舵翼步进电机命令脉冲、各传感器和 执行机构的开关量(数字信号)。
84. 动力学仿真和传感器仿真程序根据控制输入计算后，通过多串口卡上的指 定串口和多功能卡上的指定端口，按照实际传感器数据传输速率和传输格式定 义，通过多串口卡和多功能卡发回传感器状态信息。
5. 控制舱内各个嵌入式计算机通过水密接插线发出控制指令，接收通过水密 接插线返回的传感器信息。
6. 建立控制-传感器信息反馈-再控制-再反馈的信息循环，形成完整的控制 程序调试闭环。长时间考核控制水密舱内软硬件的可靠性。
本发明可有效地进行智能潜水器控制舱的全实物测试，可在线模拟传感器的 数据变化、执行机构输出的载体动力学响应等。在控制舱全封闭的情况下，对控 制舱内的计算机等硬件和软件程序进行全面而真实的实物测试。为智能潜水器下 水试验做好充分准备。
权利要求
1、一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置，组成包括一台普通PC、多串口卡、多功能卡、安装完成的控制水密舱、水密接插线、控制水密舱直流稳压供电电源，其特征是所述的一台普通PC至少2个PCI插槽-插接多串口卡和具有AD、DA、DIO、计数器功能的多功能卡；水密接插线包括串行通信RS-232信号线、串行通信RS-485信号线、串行通信RS-422信号线、模拟信号输入线、模拟信号输出线、数字信号输入线、数字信号输出线、脉冲信号输出线、脉冲信号输入线；水密接插线一端与控制水密舱水密插头联接，另一端导线引出的连接关系为串行通信RS-232信号线，接入多串口卡的RS-232串口的TX、RX、GND；串行通信RS-485信号线，接入多串口卡的RS-485串口的485+，485-；串行通信RS-422信号线，接入多串口卡的RS-422串口，T+、T-接入多串口卡该路的R+、R-；R+、R-接入该路的T+、T-；模拟信号输入线，接入多功能卡的DA输出端；模拟信号输出线，接入多功能卡的AD采集端；数字信号输入线，接入多功能卡的数字信号DO输出端；数字信号输出线，接入多功能卡的数字信号DI采集端；脉冲信号输出线，接入多功能卡的脉冲采集端；脉冲信号输入线，接入多功能卡的脉冲输出端。
2、 基于权利要求1的智能潜水器控制舱的全实物测试装置的测试方法，其特征是(1) 按照原始定义，水密接插线一端与控制舱水密插头联接，另一端导线引出，将串行通信信号线接入普通PC多串口卡；将模拟电压信号线、数字信号线、脉冲信号线接入多功能卡；(2) 在普通PC中启动智能潜水器水动力学计算和传感器模拟程序，等待 控制舱内各个嵌入式计算机发出控制指令，并通过多串口卡上的指定串口和多 功能卡上的指定端口接收指令，根据6自由度空间动力学方程计算潜水器新的 位置和姿态，按照实际传感器数据传输速率和传输格式定义，通过多串口卡和 多功能卡发回传感器状态信息；(3) 控制舱内各个嵌入式计算机程序启动，通过水密接插线发出控制指令， 接收通过水密接插线返回的传感器信息；(4)建立控制-传感器信息反馈-再控制-再反馈的信息循环，形成完整的 控制程序调试闭环，长时间考核控制水密舱内软硬件的可靠性。
全文摘要
本发明提供的是一种智能潜水器控制舱的全实物测试装置及测试方法。水密接插线一端与控制舱水密插头联接，另一端将串行通信信号线接入普通PC多串口卡，将模拟电压信号线、数字信号线、脉冲信号线接入多功能卡。在普通PC中启动智能潜水器水动力学计算和传感器模拟程序，通过多串口卡上的指定串口和多功能卡上的指定端口接收指令进行动力学计算后，通过多串口卡和多功能卡，发回传感器状态信息；控制舱内各个嵌入式计算机程序启动，通过水密接插线发出控制指令，接收通过水密接插线返回的传感器信息；建立控制-传感器信息反馈-再控制-再反馈的信息循环，形成完整的控制程序调试闭环，长时间考核控制水密舱内软硬件的可靠性。
文档编号G05B23/02GK101661290SQ20091007292
公开日2010年3月3日 申请日期2009年9月18日 优先权日2009年9月18日
发明者磊 万, 翀 吕, 唐旭东, 庞永杰, 磊 张, 晔 李, 陈小龙 申请人:哈尔滨工程大学