载人潜水器人机交互控制装置的制作方法

本实用新型专利涉及一种载人潜水器人机交互控制装置，具体地说是利用嵌入式控制器、数据采集模块、操作面板、驱动放大器、串行通信模块等实现载人潜水器人机交互的控制装置。

背景技术：

载人潜水器是由潜航员驾驶，搭乘科学家或工程人员进行深海科考，勘探等工作，由于潜水器与母船之间无电缆连接，所以潜水器可进行自由运动。潜航员进行潜水器操控时，主要通过操纵杆模块进行潜水器运动控制，通过人机交互操作面板模块进行设备控制，通过故障指示模块进行潜水器故障监控。传统的交互面板模块通常由控制开关和状态指示灯及数据采集模块等组成，面板输出信号由数据采集模块进行采集，通过数据采集模块可将控制信号传输至主控单元进行综合处理，同时数据采集模块可向操作面板输出指示信号。

上述传统人机交互控制装置存在一定的弊端，载人潜水器的操作面板输出信号数量较多，而且每个控制量都要对应一个状态指示灯，上述信号都需要通过导线连接至数据采集模块，从而导致装置内信号线数量众多，增加维护工作量及占用舱内空间。其次，由于操作面板输出信号线较多，数据采集模块数量和体积也会增加，从而降低装置的可靠性、可维性及空间使用率。随着载人潜水器不断挑战海洋下潜深度，载人舱球壳体积需要进一步缩小以适应增大的水下压力，因此缩小载人舱内设备体积，提升空间利用率显得尤为重要。所以有必要设计一种体积小巧、控制效率高、维护方便、稳定可靠的人机交互控制装置。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本实用新型提出了一种应用于载人潜水器，空间占用较小、控制效率高、运行稳定可靠、维护简单的人机交互控制装置。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：载人潜水器人机交互控制装置，包括操作面板以及与其连接的采集与传输单元；

所述采集与传输单元包括控制器电路板和信号采集模块；所述控制器电路板、信号采集模块均连接于操作面板和主控单元之间；

所述信号采集模块，用于将来自操作面板的设备控制信号通过以太网发送至主控单元；

所述控制器电路板，用于将来自操作面板的应急抛载信号通过串行通信总线发送至主控单元；并将来自主控单元的指令反馈至操作面板。

所述操作面板设有状态指示灯和多个操作开关。

所述信号采集模块的输入端与操作开关连接，输出端通过以太网与主控单元连接。

所述控制器电路板设有上行通信单元和下行通信单元；

上行通信单元，包括顺序连接的第一嵌入式采集模块和第一串行通信模块；所述第一嵌入式采集模块与操作面板连接，第一串行通信模块通过串口与主控单元连接；

下行通信单元，包括顺序连接的第二串行通信模块、第二嵌入式采集模块和驱动放大模块；所述驱动放大模块与操作面板连接，第二串行通信模块通过串行通信总线与主控单元连接。

所述第一嵌入式采集模块与操作开关连接。

所述信号采集模块与第一嵌入式采集模块连接不同的操作开关。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

1、体积紧凑。硬件设备采用一体化结构设计，集成度大幅提高，减少了设备间信号线连接，从而进一步减少了空间占用。

2、可靠性高。通过总线式通信，提高了信号传输可靠性，通信机理简单可靠，整个装置能够持续稳定工作。

3、扩展性强。可采用级联方式进行人机交互界面的扩展，方便系统设计的快速重构。

4、结构简单。整个装置采用模块化设计，装置结构规整，易于维护保障。

附图说明

图1为载人潜水器人机交互控制装置系统组成框图；

图2为载人潜水器人机交互控制装置原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

载人潜水器人机交互控制装置安装于载人潜水器的载人舱内，潜航员通过该控制装置面板开关执行控制功能，同时通过面板指示灯进行控制状态监控。控制装置与主控单元通过以太网、串行总线等方式进行通信。该控制装置由操作开关、状态指示灯、嵌入式控制器、驱动放大器、串行总线通信模块及数据采集模块等组成，其中除数据采集模块以外，控制装置其他部分采用一体化设计。操作面板的开关控制量由嵌入式控制器和数据采集模块进行采集，嵌入式控制器通过串行通信将控制指令传输至主控单元，数据采集模块通过以太网将控制指令传输至主控单元。同时另一组嵌入式控制器负责接收来自主控单元的串行通信指令，解算分析后，通过驱动放大电路驱动状态指示灯。该控制装置控制方法包括：潜航员通过操作面板开关进行控制指令的执行。开关指令可由两部分进行采集，其中一部分由嵌入式控制器进行采集，一部分由数据采集模块进行采集。数据采集模块所采集的指令通过以太网传输至主控单元，嵌入式控制器所采集的指令由串行通信总线传输至主控单元。主控单元发送的指令通过串行通信总线传输至嵌入式控制器，经过解析后通过驱动电路对状态指示灯进行驱动。

人机交互控制装置安装于载人潜水器的载人舱内，潜航员通过该控制装置面板开关执行控制功能，同时通过面板指示灯进行控制状态监控。控制装置与主控单元通过以太网、串行总线等方式进行通信。该装置由操作开关、状态指示灯、嵌入式控制器、驱动放大器、串行总线通信模块及数据采集模块等组成，其中除数据采集模块以外，控制装置其他部分采用一体化设计。操作面板的开关控制量由嵌入式控制器和数据采集模块进行采集，嵌入式控制器通过串行通信将控制指令传输至主控单元，数据采集模块通过以太网将控制指令传输至主控单元。同时另一组嵌入式控制器负责接收来自主控单元的串行通信指令，解算分析后，通过驱动放大电路驱动状态指示灯。

所述一体化，是指嵌入式控制器、串行通信模块及驱动放大器采用整体电路板设计，结构上与操作面板成为一体。

所述信号采集，是嵌入式控制器和数据采集模块对操作面板的开罐信号进行采集，然后通过串行通信与以太网进行传输。

所述串行通信，是数字化总线传输，其特点为数据传输稳定，传输线路简单可靠。

所述驱动放大，是嵌入式控制器接收到主控系统的命令后进行解析，输出驱动电路控制信号，从而驱动状态指示灯。

采用的控制方法包括以下步骤：

潜航员通过操作面板开关进行控制指令的执行。

开关指令可由两部分进行采集，其中一部分由嵌入式控制器进行采集，一部分由数据采集模块进行采集。信号分为两种：设备控制信号进入采集模块，应急抛载信号进入嵌入式采集。

数据采集模块所采集的指令通过以太网传输至主控单元，嵌入式控制器所采集的指令由串行通信总线传输至主控单元。

主控单元发送的指令通过串行通信总线传输至嵌入式控制器，经过解析后通过驱动电路对状态指示灯进行驱动。

如图1所示为载人潜水器人机交互控制装置系统组成框图，其中虚线框内为控制器组成部分，潜航员通过操作面板执行控制信号，经过信号采集与传输部分与主控单元进行信息交互，控制器的设计需要以稳定、可靠为基础。

如图2所示为载人潜水器人机交互控制装置的原理框图，主要包括：操作面板、嵌入式采集模块、串行通信模块、数据采集模块、驱动放大模块等。1处的操作面板由指令开关和状态指示灯组成，也是与潜航员交互的人机界面。潜航员通过面板开关发出控制指令后，一部分指令通过2处的数据采集模块进行采集，一部分通过3处的嵌入式采集模块进行采集。由2处数据采集模块采集的指令，通过以太网与主控单元进行通信。由3处嵌入式采集模块所采集的指令通过4处的串行通信模块与主控单元进行通信。

潜航员执行面板控制指令后，指令的执行情况与潜水器当前状态信息，主控单元会反馈给操作面板，具体体现在操作面板的状态指示灯。反馈信息首先通过5处的串行通信模块传输至6处的嵌入式采集模块，嵌入式采集模块进行反馈指令的解析与分析，然后将解析后的执行结果传输至7处的驱动放大模块，最终由驱动放大模块驱动操作面板的指示灯点亮。

由于3处至7处的嵌入式采集模块与串行通信模块等设计集成于电路板，同时与1处的操作面板采用一体化设计，操作面板与嵌入式采集模块及驱动放大模块之间的信号线均由电路板实现，与主控单元的通讯由少量的串行通信总线代替，所以在传统设计模式下，1处与2处的大量信号线将减少，减少走线空间，缩小硬件系统体积，实现稳定可靠的人机交互功能。