专利名称:一种载人潜水器应急航行控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种载人潜水器应急航行控制器，该控制器安装于载人潜水器载人舱内及载人舱外电子舱中，与主航行控制系统共同组成载人潜水器航行控制系统。该控制器核心电路由嵌入式控制器、A/D、D/A、运算放大器等器件组成。载人舱内电路板负责采集和处理控制盒上操纵杆信号，电子舱内电路板负责解析控制指令并输出推进器控制信号，两部分电路间通过穿舱水密电缆进行通信。当潜水器主航行控制系统出现故障时可以切换到应急航行控制器对潜水器进行应急航行控制，以保证潜水器仍具有基本的航行运动能力，实现安全返航。
【专利说明】一种载人潜水器应急航行控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及载人潜水器控制领域，具体的说是一种载人潜水器应急航行控制器。
【背景技术】
[0002]载人潜水器用于实现在水下的载人航行、科考、勘探作业等工作，水下作业时与母船之间无任何电缆连接。为了实现潜水器在水中的运动航行，在潜水器外部布置有多台推进器，通过推进器的组合控制可以实现潜水器的多个自由度运动。潜航员在载人舱内通过操纵航行控制盒上操纵杆实现对潜水器的运动控制。由于工业控制计算机具有运算速度快可以综合其它传感器的反馈数据对潜水器实现复杂运动控制算法等特点，在常规情况下，运动控制的实现是通过信号采集模块采集操纵杆的位置信号，然后将采集信号传输至控制计算机，经控制计算机处理后输出至电子舱对推进器施加控制。由于载人潜水器应用环境的特殊性，随着下潜深度及水压的增大，潜水器外部设备的故障风险因素也会相应增大，若主航行控制系统由于各种故障原因无法对推进器施加控制，而且没有应急控制方案，潜水器会因为失去运动能力而面临巨大风险，无法避障，无法靠近母船实施机动回收等。为了保证载人潜水器在水下的作业安全，单一的航行控制方法无法满足载人潜水器的高可靠性控制要求。
实用新型内容
[0003]为了克服上述的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种应用于载人潜水器，结构简单、运行可靠的应急航行控制器，通过该控制器可以实现在主航行控制系统出现故障时对潜水器进行应急航行控制。
[0004]本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是:一种载人潜水器应急航行控制器，包括用于采集和处理控制盒上操纵杆信号的舱内电路板和负责解析操纵杆操控信号并输出负载控制信号的电子舱电路板，两部分电路板通过穿舱水密电缆进行通信，
[0005]所述舱内电路板包括A/D转换器、运算放大器、第一控制器、第一通信电路和第一切换电路；所述A/D转换器用于采集操纵杆的位置信号，并通过第一控制器和第一通信电路与第一切换电路连接；所述第一切换电路连接串口服务器和第二通信电路，用于当主航行控制系统出现故障时切换到第二通信电路所在的通路；所述运算放大器用于为操纵杆提供电压信号；
[0006]所述电子舱电路板包括第二通信电路、第二控制器、D/A转换器、放大器和第二切换电路；所述第二通信电路用于接收第一切换电路发出数据信号；所述第二控制器；连接第二通信电路和D/A转换器，用于接收第二通信电路发出的数据信号并解析，将解析结果发送给D/A转换器；所述D/A转换器连接放大器，用于将所述解析结果转换为模拟控制信号并通过放大器进行放大；所述第二切换电路接收放大器放大后的信号并传送给推进器驱动电路，在主航行控制系统无故障时接收电子舱内信息交换模块的信号传送给推进器驱动电路。
[0007]所述第一切换电路和第二切换电路采用继电器。
[0008]本实用新型具有以下优点及有益效果:
[0009]1、成本低，结构简单。本实用新型的核心检测电路所选用的器件成本低，而且电路结构规整，实现方式巧妙而简单。
[0010]2、可靠性高。本实用新型的电路所用器件可靠性高，通信方式简单可靠，所以可以保证系统持续稳定工作。
[0011]3、扩展性强。本实用新型可根据控制对象不同，增加控制器通信节点数量。
【附图说明】
[0012]图1是载人潜水器航行控制系统总体结构图；
[0013]图2是本实用新型的应急航行控制部分结构图。
【具体实施方式】
[0014]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。
[0015]应急航行控制器分布安装于载人潜水器载人舱内及载人舱外电子舱中，与主航行控制系统共同组成载人潜水器航行控制系统，当潜水器主控制系统出现故障时，通过切换开关将控制方式切换至手动应急模式，应用应急航行控制器对潜水器进行航行控制。该控制器核心电路由嵌入式控制器、A/D、D/A、运算放大器等器件组成，控制器电路板分别安装于载人舱内航行控制盒与载人舱外电子舱中，舱内电路板负责采集和处理控制盒上操纵杆信号并将信号经串行通信总线进行传输，电子舱内电路板负责解析操纵杆操控信号并输出负载控制信号，两部分电路间通过穿舱水密电缆进行通信。
[0016]所述应急模式，是在主航行控制系统出现故障时，完全由应急航行控制器代替控制计算机进行信号解析及运算，并输出推进器控制信号。
[0017]所述操纵杆信号采集，是应急航行控制器舱内电路板采集操纵杆位置信号后，对其进行数字化处理后再进行运算。
[0018]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。
[0019]本实用新型采用的控制方法包括以下步骤:载人潜水器控制系统工作后，默认为航行控制为正常模式。应急航行控制器操纵盒内电路板将操纵杆信号传输至主航行控制系统，主航行控制系统通过控制网络与电子舱进行通信，从而输出推力器控制信号。主航行控制系统出现故障时，将航行控制切换至应急模式。应急航行控制器舱内电路板与电子舱电路板直接通信，独立承担载人潜水器的航行运动控制。
[0020]如图1所示为载人潜水器航行控制系统的组成，其中实线框内部分别为载人舱内部分与舱外电子舱，虚线框内部为应急航行控制器，应急航行控制器由舱内与舱外两部分组成，其中舱内部分电路板安装于航行控制盒内，舱外电路板安装于电子舱中，两部分之间通过穿舱水密电缆进行通信，其通信方式为串行通信。
[0021]载人潜水器航行控制包括正常模式与应急模式，其中默认情况下为正常模式，在正常模式下，应急航行控制器舱内电路板采集操纵杆位置电压信号，该电压信号处理及传输路径如图1中实线线路所示，由于该路径所经过中间环节较多，所以在任何环节出现故障时，推进器控制信号将中断，所以在主航行控制系统出现故障时，将控制模式切换至应急模式，在应急模式情况下，操纵杆位置电压信号处理及传输路径如图1中虚线线路所示，此时应急航行控制器将独立承担载人潜水器推进器运动控制。
[0022]如图2所示为应急航行控制器组成，舱内电路板主要包括:控制器、A/D、串行通信电路、运算放大电路、切换电路。舱外电路板主要包括:控制器、D/A、串行通信电路、放大电路、切换电路。
[0023]操纵杆电位计电压输入信号由舱内电路板提供，操纵杆包括主操纵杆与辅操纵杆，共3只电位计。A/D所提供电压信号经运算放大器跟随后分为3路，其中2路供给辅操纵杆，I路供给主操纵杆，当操纵杆3只电位计中I只发生电源短路故障时，运算放大器可有效保护其他2路电位计电压信号不受影响。操纵杆电压输出信号由A/D芯片采集，主、辅操纵杆共输出5路模拟电压信号，A/D将5路模拟电压信号转换为数字量信号，该数字量信号由串口传输给控制器，控制器与A/D以固定时间间隔进行通信，控制器将数字量信号处理为预定通信协议格式后，由串行通信模块经切换电路输出至电子舱内电路板，其中切换电路用于实现串行通信信号的传输方向，切换电路控制信号由正常模式与应急模式切换开关提供，在应急模式下串行通信信号直接传输至电子舱端。
[0024]电子舱端接收到串行通信信号后首先经由串行通信电路传输至控制器，控制器根据控制指令要求通过D/A输出推进器控制电压信号，控制器与D/A之间通信方式为串口通信，D/A根据控制器发送的控制指令可输出控制电压信号，该电压信号再次经过放大电路以一定倍数放大后经切换电路输出至推进器驱动电路端。其中切换电路可切换输出至推进器驱动电路的控制电压信号来源，在正常模式下，切换电路将信息交换模块输出信号传输至推进器驱动电路，在应急模式下，切换电路将D/A输出信号传输至推进器驱动电路。
[0025]根据图2所示可知，应急航行控制器舱内部分与舱外部分通信为串行通信，其结构简单、可靠。切换电路能够灵活切换信号，为主航行控制系统提供可靠保证，同时在应急情况下，应急航行控制器可承担载人潜水器航行运动控制功能。
【权利要求】
1.一种载人潜水器应急航行控制器，包括用于采集和处理控制盒上操纵杆信号的舱内电路板和负责解析操纵杆操控信号并输出负载控制信号的电子舱电路板，两部分电路板通过穿舱水密电缆进行通信，其特征在于， 所述舱内电路板包括A/D转换器、运算放大器、第一控制器、第一通信电路和第一切换电路；所述A/D转换器用于采集操纵杆的位置信号，并通过第一控制器和第一通信电路与第一切换电路连接；所述第一切换电路连接串口服务器和第二通信电路，用于当主航行控制系统出现故障时切换到第二通信电路所在的通路；所述运算放大器用于为操纵杆提供电压信号; 所述电子舱电路板包括第二通信电路、第二控制器、D/A转换器、放大器和第二切换电路；所述第二通信电路用于接收第一切换电路发出数据信号；所述第二控制器；连接第二通信电路和D/A转换器，用于接收第二通信电路发出的数据信号并解析，将解析结果发送给D/A转换器；所述D/A转换器连接放大器，用于将所述解析结果转换为模拟控制信号并通过放大器进行放大；所述第二切换电路接收放大器放大后的信号并传送给推进器驱动电路，在主航行控制系统无故障时接收电子舱内信息交换模块的信号传送给推进器驱动电路。2.根据权利要求1所述的一种载人潜水器应急航行控制器，其特征在于，所述第一切换电路和第二切换电路采用继电器。
【文档编号】G05D1-00GK204287960SQ201420735358
【发明者】杨鸣宇, 赵洋, 孔范东, 刘开周 [申请人]中国科学院沈阳自动化研究所