CN102546714A

CN102546714A - 一种载人潜水器综合信息显示系统

Info

Publication number: CN102546714A
Application number: CN2010106177327A
Authority: CN
Inventors: 祝普强; 王晓辉; 郭威; 刘开周
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2012-07-04

Abstract

一种载人潜水器综合信息显示系统，包括上位机、综合信息采集单元、综合信息转换单元、综合信息传输单元；所述上位机通过综合信息传输单元与综合信息采集单元通讯连接；所述上位机通过综合信息传输单元与综合信息转换单元通讯连接；所述综合信息采集单元通过以太网与综合信息传输单元通讯连接；所述综合信息转换单元通过以太网与综合信息传输单元通讯连接；所述上位机接收显示综合信息采集单元的信息。采用WAGO控制节点和以太网串口节点采集数据，结构紧凑，扩展性增强。实时报警功能。上位机可以实现图形化的直观位置及姿态等数据显示。本发明更换配件也只需要插拔式安装就可以实现，使得系统维护可以实现分钟级别的系统维护。

Description

一种载人潜水器综合信息显示系统

技术领域

本发明涉及计算机监控技术，数据融合技术，水下机器人领域，具体说是一种载人水下机器人综合信息显示系统。

背景技术

随着科学技术发展的日新月异，人类的足迹几乎遍布于地球的第一个角落，神秘的海底也不例外。由于海洋资源开发与海洋环境探索的迫切需求，使得水下机器人及相关技术得到了迅猛发展。而载人潜水器就是一种水下机器人的一种，它与常规意义上的无人潜水器(ROV和AUV)不同，它是由驾驶员在潜水器上操作完成的，而且潜水器上需要采集、显示和记录的数据颇多，这些数据对载人舱内驾驶员进行驾驶、分析和判断极为重要，为驾驶员完成使命任务提供依据，同时也对任务完成后的后期分析起到重要作用，因此，对载人潜水器的数据采集、显示、监控、记录就非常重要了，载人潜水器综合信息显示系统就是来完成这一系列工作的。

载人潜水器是一种可以搭载科研人员在海底游动、作业或从事专门工作的一种水下潜水装置。目前载人潜水器在国内刚刚起步，仅有一台，在国际上也仅有几个发达国家有相应设备。由于载人潜水器搭载科研人员这一特殊性，那么在执行任务的时候就要以人的主观判断为主，那么为操作者提供一个便利、直观的信息显示平台就是必不可少的，不过国际上的载人潜水器由于建造年代的问题及当时科技力量的有限，所形成的这个信息显示平台都是由大量的表形物理单元、信号指示灯等组成，大大的占用了载人潜水器那本来不是很充裕的空间，并且浪费了大量的能源，这对于自身携带有限能源的载人潜水器对其续航能力就有了很大的限制。另外由于大量的信号都没有引入计算机，所以不能够实现对所有数据的全程监控，就更不能实现对特殊数据信息实现实时报警的功能，不能对载人潜水器大部分数据进行实时记录。而且，大量的物理模块同样造成了大量的连接线缆，这就造成了系统的可维护性降低、可扩展性降低，一旦发生故障，那么检修起来是一个费时费力的事情，另外如果想对系统进行扩展，那么也是一件实现起来非常困难的事情。

因此，在载人潜水器的发展中，一种显示直观、人性化、故障率低、可扩展性强的载人潜水器综合信息显示系统尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的以表形物理单元、信号指示灯等物理显示方法过于原始，占空间大，浪费能源；数据信号大部分没有接入计算机，不能实现实时自动报警、数据完整记录；连接线缆过多，故障率高，可扩展性差的缺点，本发明的目的是提供一种以智能节点采集数据，以太网数据共享，上位机显示程序实时显示、报警、记录数据的方法来实现一个人性化、故障率低、可扩展性高、具有实时数据显示、数据记录、报警功能的载人潜水器综合信息显示系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种载人潜水器综合信息显示系统，包括上位机、综合信息采集单元、综合信息转换单元、综合信息传输单元；所述上位机通过综合信息传输单元与综合信息转换单元通讯连接；所述综合信息采集单元通过综合信息转换单元与综合信息传输单元通讯连接；所述上位机接收显示综合信息采集单元的信息。所述综合信息采集单元包括信息采集传感器及信息采集功能模块。所述综合信息转换单元采用WAGO控制节点及以太网串口节点。所述综合信息传输单元采用以太网交换机。

所述综合信息显示系统，其中所述上位机中存有综合信息显示程序，该程序的流程如下：

开始运行；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则设置端口格式；启动并检测通讯是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，采集数据；判断信息采集传感器及信息采集功能模块是否正常工作；

若否，则报警，退出；

若是，则创建数据文件，连接并打开数据文件，设置采样周期，并开启定时器；

判断是否为整点时刻；

若否，则断开并关闭数据文件，返回创建数据文件；

若是，则采集数据，判断数据是否在正常范围内；

若否，生成报警内容，返回存储数据；

若是，则存贮数据、转换数据并更新显示画面；

判断是否有退出请求，

若否，则返回判断是否为整点时刻；

若是，则结束。

所述上位机对所采集的综合信息实现存储、检测、报警、画面显示。

本发明具有如下优点：

1、结构紧凑，扩展性增强。采用智能节点(WAGO控制节点、以太网串口节点)采集数据，智能节点中串口节点采用MOXA公司的基于以太网的串口服务器，通过串口服务器大大扩展了计算机访问串口设备的能力，这种结构为选择超薄计算机成为可能，从而大大节省了安装空间；智能节点的WAGO控制节点是一种板式插卡式的IO采集模块，最大的特点就是可以无限扩展，并实现以太网数据连接

2、数据记录完整。由于采用了智能节点(WAGO控制节点、以太网串口节点)采集数据，在扩展性增强的基础上，使得采集的数据都可以进入计算机，从而得以实现完整的数据记录。为进行以后的数据分系提供完整的数据支持。

3、实时报警功能。由于所有的数据采集都进入了计算机，上位机综合信息显示程序可以根据这些数据在智能报警模块的实时监视的情况下实现实时报警功能。

4、直观化的数据显示。载人潜水器综合信息显示系统实现了所有数据的全部数据进入计算机功能，从而实现了数据可以不同传感器的数据可以分类显示在同一界面下，另外上位机显示程序还可以实现图形化的直观位置及姿态等数据显示。

5、维护方便。系统采用了可扩展性的串口节点，同时又采用了可扩展性的WAGO控制节点进行IO采集，使得端口扩展得到了大大的提高，接线更简单，同时为系统维护也提供了更简单的方法，如果发现故障，只要对相应的串口节点或WAGO模块进行检测就可以查出故障原因，同时更换配件也只需要插拔式安装就可以实现，使得系统维护可以实现分钟级别的系统维护。

6、程序开发简单。系统采用了不同的智能节点(WAGO控制节点、以太网串口节点、)使得采集数据的同时在智慧节点内部就把数据协议全部转换成了TCP/IP协议的数据，使得所有的数据都可以接入以太网，这样在程序开发方面就变得简单易行，无论是从开发语言还是开发工具上都有了更大的选择空间，开发周期同样也大幅缩短。

附图说明

图1是本发明整体结构框图。

图2是本发明程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，一种载人潜水器综合信息显示系统，包括上位机、综合信息采集单元、综合信息转换单元、综合信息传输单元；所述上位机通过综合信息传输单元与综合信息转换单元通讯连接；所述综合信息采集单元通过综合信息转换单元与综合信息传输单元通讯连接；所述上位机接收显示综合信息采集单元的信息。所述综合信息采集单元包括信息采集传感器及信息采集功能模块。所述综合信息转换单元采用WAGO控制节点及以太网串口节点；所述综合信息传输单元采用以太网交换机。

所述综合信息采集单元的信息传感器采集相关信息，如罗盘采集潜水器艏向角度，倾角仪采集潜水器纵倾与横摇角度信息，光纤陀螺采集潜水器角速度信息，多普勒采集潜水器速度信息，运动传感器采集潜水器各自由度运动相关信息。所述综合信息采集单元的功能模块采集相关信息，如模拟量模块采集漏水检测的电压信息；热电耦模块采集温度信息；数字量模块采集应急抛载信息；所述综合信息采集单元的信息采集传感器输出端与所述信息转换单元中以太网串口节点对应的RS232、RS485接口相连接，将采集到的相关信息传输至信息转换单元。以太网串口节点的输出端与所述数据传输单元相连接，将从综合信息采集单元信息采集传感器采集的数据转换成通用的TCP/IP协议的数据，并发送至综合信息传输单元；所述信息采集单元的信息采集模块输出端与所述信息转换单元中WAGO控制节点输入端相连接，将采集到的相关信息传输至信息转换单元。WAGO控制节点输出端与所述数据传输单元相连接，将从信息采集单元信息采集模块采集的数据转换成通用的TCP/IP协议的数据，并发送至综合信息传输单元；所述上位机与综合信息传输单元连接，从而接收WAGO控制节点及以太网串口节点发送到信息传输单元中的数据信息，实现最终的图形化信息显示、数据存储、实时报警等功能。

如图2所示，所述上位机中存有综合信息显示程序，该程序的流程如下：

开始运行；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则设置端口格式；启动并检测通讯是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，采集数据；

判断信息采集传感器及功能模块是否正常工作；

若否，则报警，退出；

判断是否为整点时刻；

若否，则断开并关闭数据文件，返回创建数据文件；

若是，则采集数据，判断数据是否在正常范围内；

若否，生成报警内容，返回存储数据；

若是，则存贮数据、转换数据并更新显示画面；

判断是否有退出请求，

若否，则返回判断是否为整点时刻；

若是，则结束。

具体工作过程举例如下：

载人潜水器综合信息显示系统中通过智能节点(WAGO控制节点、以太网串口节点)把功能模块和综合信息传感器所采集来的信息数据一致转换成TCP/IP协议的数据并发送到以太网上，使得连接到以太网上的上位机可以轻松实现对数据的采集与存储，并根据这些数据进行实时的画面更新与监视报警。由于智能节点(WAGO控制节点、以太网串口节点)的引用，使用系统的可扩展性大大搞高，在引用新的功能模块或综合信息传感器时，只遇要将其输出端与智能节点的输入端相接即可实现新的信息采集端的对系统引用。载人潜水器综合信息显示系统的显示方法多线程的开发方法，可以同时实现对多个数据采集端的数据接收，并实时的对画面显示进行更新，画面显示中不但使用了地图技术实现了载人潜水器与母船位置坐标的相对显示，同时对其尾迹亦做了显示；另外该系统还实现了以载人潜水器外型直观的显示载人潜水器姿态信息的方法；此外，通过多页面分类显示的方法实现了载人潜水器自然情况的数据实时显示及对不在正常范围内的相关信息进行报警提示；载人潜水器综合信息显示系统中还实现了对采集数据的实时存储功能，存储方法使用了二进制数据文件的存储方法，该方法对数据文件的读写速度比较快，从而可以实现大数据量的实时存储，并且该方法还对数据文件进行了数据结构方法的加密，只有相应的数据分析程序才可以对该数据文件进行数据分析与转存；数据存储方法还使用了数据文件分割技术，使得长时间的作业情况下的数据文件可以分成多个小的数据文件，一方面保证了数据文件的安全，即使有单个数据文件遭到破坏，大部分的数据还是安全的，同时使得数据分析的时候可以只对所关心的时间段的数据文件进行分析，从而提高了分析效率。

综合信息转换单元中模拟量模块采用WAGO I/O模块750-476，该模块检测电压范围为±10V，双通道，体积为12mm×64mm×100mm，体积小巧可以多模块串连工作；热电耦模块采用采用信号轮转方法也转换成模拟量后同样用WAGO I/O模块750-476进行采集；数字量模块采用WAGO I/O模块750-408，该模块

综合信息采集单元中接入了罗盘、倾角仪、光纤陀螺、运动传感器。罗盘采用Honeywell公司的HMR3000型号罗盘，接口为RS232，范围为0到360度，精度为0.1度，工作温度为-20至70℃；倾角仪采用CROSSBOW公司的CXTILT02EC型号的倾角仪，接口为RS232，测量范围为±75度，精度为±0.2度，工作温度为-40至85℃；光纤陀螺采用KVH公司的DSP5000型号光纤陀螺，接口为RS232，工作范围±500°/sec，工作温度为-45至70℃；运动传感器采用iXSEA公司的OCTANS3000型号运动传感器，接口为RS485，工作温度为-40至60℃；

WAGO控制节点采用WAGO Fieldbus controller 750-842型号控制节点，接口为RJ45网络接口，可以收接WAGO I/O模块的数据，可以把从WAGO I/O模块采集来的数据转换成可以在以太网上传输的TCP/IP协议的数据。

以太网串口节点采用Moxa公司的NPort5400型号的以太网串口服务器。该以太网串口服务器输入端有四个RS232或RS485接口，输出端为RJ45以太网接口，可以把从输入端接收到的RS232或RS485通讯协议的数据转换成可以在以太网上传输的TCP/IP协议的数据。

上位机采用研华公司的TCP1560平板电脑，该平板电脑体积小巧，功耗低，接口齐全，在满足系统所需要求的前提下，大大节省了空间和降低了能耗。

交换机采用Moxa公司的ED6008型号的以太网交换机。

综合信息转换单元与综合信息采集单元都安装在载人潜水器上，综合信息转换单元与WAGO控制节点连接；综合信息采集单元与以太网串口节点连接；WAGO控制节点通过网线与交换机连接；以太网串口节点通过网线与交换机连接；WAGO控制节点把综合信息转换单元采集的物理量信号转换成可以在以太网上传输的TCP/IP数据协议的网络数据，从而使得上位机可以方便接收。

由于选用的设备都是24V直流电源供电，所以直接采用载人潜水器自带的24V副蓄电池对系统中的设备进行供电。

Claims

1.一种载人潜水器综合信息显示系统，其特征在于：包括上位机、综合信息采集单元、综合信息转换单元、综合信息传输单元；

所述上位机通过综合信息传输单元与综合信息转换单元通讯连接；

所述综合信息采集单元通过综合信息转换单元与综合信息传输单元通讯连接；

所述上位机接收显示综合信息采集单元的信息。

2.按照权利要求1所述的综合信息显示系统，其特征在于：所述综合信息采集单元包括信息采集传感器及信息采集功能模块。

3.按照权利要求1所述的综合信息显示系统，其特征在于：所述综合信息转换单元采用WAGO控制节点及以太网串口节点。

4.按照权利要求1所述的综合信息显示系统，其特征在于：所述综合信息传输单元采用以太网交换机。

5.按照权利要求1所述综合信息显示系统，其特征在于：

所述上位机中存有综合信息显示程序，该程序的流程如下：

开始运行；

检测网络状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则检测通讯端口状态是否正常；

若否，则报警，退出；

若是，则设置端口格式；启动并检测通讯是否正常；

若否，则报警，退出；

判断是否为整点时刻；

若否，则断开并关闭数据文件，返回创建数据文件；

若是，则采集数据，判断数据是否在正常范围内；

若否，生成报警内容，返回存储数据；

若是，则存贮数据、转换数据并更新显示画面；

判断是否有退出请求，

若否，则返回判断是否为整点时刻；

若是，则结束。

6.按照权利要求5所述综合信息显示程序，其特征在于：所述上位机对所采集的综合信息实现存储、检测、报警、画面显示。