一种小型自治水下机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下机器人控制系统，具体地说是一种小型便携式自治水下机器人为了适应模块化设计而采用的控制系统。
【背景技术】
[0002]水下机器人作为一种替代或者协助人类探索海洋开发海洋的智能工具在本世纪得到了极大的重视。在近海、湖泊与水库等相对水深较浅的地域，小型自治水下机器人(以下简称小型AUV)以其便携性、易用性、低成本等特点，在水下水文环境监测与水下侦查等方面得到了广泛的应用。
[0003]对于小型AUV，在工作可靠的前提下，模块化与易维护是延长其使用周期的重要保障。设计出一种针对小型AUV的，简单可靠，易于理解与操作维护的控制系统结构是广大设计使用人员的迫切需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种小型AUV控制系统，对小型AUV可能安装的设备及可能执行的使命进行了综合考虑，保证在此种控制系统下小型AUV载体既能够保证安全可靠地完成控制任务，也方便后期的维护与扩展升级。
[0005]为达到上述目的，本发明的通过以下技术方案来实现的:
[0006]一种小型自治水下机器人控制系统，包括:水面支持部分、通信装置、控制主体、数据采集设备、电源管理模块和推进系统模块；所述控制主体与数据采集设备、电源管理模块、推进系统模块连接，还通过通信装置与用于监控水下机器人的水面支持部分连接。
[0007]所述的数据采集设备包括多普勒计程仪、电子罗盘、全球定位系统、深度计、机械陀螺、侧扫声呐以及温盐深传感器。
[0008]所述通信装置包括水声通信机、铱星模块、无线电模块、无线网桥和脐带电缆接头。
[0009]所述的控制主体包括通过网络顺序连接的主控计算机、交换机和测量计算机；所述主控计算机通过串口与多普勒计程仪、电子罗盘、全球定位系统、水声通信机、铱星、无线电连接，通过扩展数据采集板与深度计、机械陀螺连接，通过CAN总线接口与电源管理模块、推进系统模块连接；所述交换机与无线网桥、脐带电缆接头连接；所述测量计算机与侧扫声呐、温盐深传感器连接。
[0010]所述主控计算机和交换机还具有扩展接口。
[0011]本发明具有以下有益效果及优点:
[0012]1.本发明使用三种数据传输手段:以太网作为控制系统内计算机之间的大数据量传输的通信方式，以CAN总线作为系统内状态监测和执行器控制信号通信方式，以串口通信作为传感器数据采集通信方式，三种数据传输手段同时具备使得系统兼具简洁快速可靠安全的特性。
[0013]2.本发明使用四种水面通信手段与一种水下通信手段:铱星通信适合全球范围内超远距离小数据量通信，无线电适合一公里可视范围内较大数据量通信，无线网桥适合近距离大数据量通信，脐带电缆适合在调试阶段超近距离大数据量通信；水声通信机保证在水下也可以有数据交换。
[0014]3.本发明可以根据不同设备对接口的要求方便的进行扩展，由于使用SBS可定制的嵌入式PC/104并且控制系统采用了常见的三种数据传输方式，对于以后的扩展传感器基本上可以满足其对接口方式和数量上的要求。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的控制系统总体结构示意图；
[0016]其中，I水面支持部分，2主控计算机，3交换机，4测量计算机，5电源管理模块，6推进系统模块，7CAN的扩展接口，8多普勒计程仪，9电子罗盘，10全球定位系统，11水声通信机，12铱星模块，13无线电模块，14脐带电缆接头，15无线网桥，16网络扩展接口，17串口的扩展接口，18深度计，19陀螺，20AD扩展接口，21侧扫声呐，22温盐深传感器，101通信设备，102通信装置，201以太网接口，202串口，203CAN总线接口，204扩展数据采集板。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明实现的手段、特征、达成目的与功效易于明白，下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0018]一种小型自治水下机器人控制系统，包括:水面支持部分、控制主体、数据采集设备、通信设备、电源管理模块和推进系统模块。各部分联结方法主要包括三种:CAN总线，以太网和串口。
[0019]本装置使用铱星、无线电、无线网桥和脐带电缆四种数据传输方式。铱星覆盖范围广，传输距离远但是有数据延迟并且传输数据量小；无线电传输距离短但是数据延迟小并且可以传输较大量数据；无线网桥传输距离更短且信号稳定性稍差但是数据传输量大且无数据延迟；脐带电缆适合岸上调试使用，无数据延迟且数据传输量大，信号稳定。以上4种数据传输方式可以在不同情况下选择一种或者多种进行数据传输。
[0020]数据采集设备和控制主体之间的数据传输取决于设备本身使用的接口，控制主体允许使用的数据传输接口包括串口 RS232接口和以太网接口，并且提供A/D转换接口满足4?20mA或者O?5V等常见的模拟量输入。
[0021]控制主体提供包括以太网接口、CAN总线接口和串口 RS232接口在内的扩展接口，可以方便的将不同接口的新设备连接到控制主体上。控制主体包括主控计算机、交换机和测量计算机。控制主体之间使用网络作为数据传输方式。控制主体和水面支持部分之间共有5种方式可以进行数据交换，包括水下通信和水面通信两部分，水下通信包括水声通信机11，水面通信包括铱星模块12、无线电模块13和无线网桥15，脐带电缆14适用于近距离水下或者水面调试(距离取决于水密电缆长度)。
[0022]所述的水面支持部分为内置通信设备101的水面控制系统，通过通信设备为水面上小型AUV的操作人员提供载体实时航行状态监测并进行航行使命控制。通信设备101包括船载水声通信机，岸基铱星模块，岸基无线电模块，岸基无线网桥和脐带电缆插座，与水声通信机11、铱星模块12、无线电模块13、无线网桥15和脐带电缆接头14对应连接并通?目。
[0023]所述的主控计算机是控制系统核心，采用SBS嵌入式PC/104，控制板包括至少6个串口接口，至少I个以太网接口和CAN接口，还有一个扩展的数据采集板进行部分A/D数据采集和I/O检测输出，主控计算机运行定制Linux或者类UNIX系统，接收传感器采集到的数据并进行处理，最终控制各设备的通断并控制推进系统做出反应。
[0024]所述的测量计算机是测量部分的核心，采用SBS嵌入式PC/104，包括至少两个以太网接口和一个串口，用于测量部分传感器设备的控制与数据存放，测量系统内感器主要指的是CTD和侧扫声呐。
[0025]所述的交换机是控制系统内网络交换节点，采用MOXA工业级产品内部核心板，交换机上连接的设备有主控计算机，测量计算机，无线网桥以及脐带电缆接头。
[0026]所述的通信设备主要包括脐带电缆接头，无线网桥，铱星模块，无线电模块和水声通信机，所有通信设备数据流向均为双向，既可以接受数据也可以发送数据。
[0027]所述的数据采集设备主要包括电子罗盘(TCM)，全球定位系统(GPS)，多普勒计程仪(DVL)，温盐深传感器(CTD)，侧扫声呐，机械陀螺，深度计；数据采集设备只输