CN103425110B - 一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，包括：用于实现两个摇杆数据的采集，甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信的主控板模块；与主控板模块通过视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块连接，实现通讯，用于对水下机器人的甲板控制系统进行控制的甲板单元主控模块；用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送和接收的视频差分接收模块和视频差分发送模块；用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块和第二485通信模块。此外，本发明质量较轻，便于携带和维护操作简便。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人技术领域，尤其涉及一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统。
背景技术
近几十年水下机器人得到了长足的发展。水下机器人从20世纪50年代开始研制，最早始于开发和应用的无人潜水器，1960年世界上第一台水下机器人诞生，取名为“CURV1”。世界上第一台用于商业的水下机器人是美国的RCV-225，它主要应用于近海的开发作业，它的体积小，质量轻，它长66cm，宽51cm，高51cm，有82kg。它有四个推进器可以实现潜体的前进、后退及上升、下降，交流供电，220V/440V，50～60Hz，从此水下机器人产业开始形成，经过几十年的发展，水下机器人产业已经逐渐成熟，全球从事水下机器人的厂家有上百家，可以提供包括整机、部件生产、售后等整套服务。小型水下机器人在很多国家都已经实现了商业化，但是主要发生在发达国家。美、日、意、法、俄等发达国家在水下机器人技术研究方面处于领先地位。例如美国SeaBotix公司研制的观察型水下机器人LBV150，其重量为10.4Kg，水下最大深度为150m，机体配件主要有测深器、声纳、摄像头等以及相应传感器，主要用途是河流堤坝的检查以及港湾警视。再次就是Inuktun公司生产的超小型水下机器人：VideoRayPro，规格为35×22.5×21cm，重4kg，最大下潜深度为75m，载有摄像头及扫描声纳等设备。
我国从80年代初开始研制水下机器人，并且已经可以生产出自己的水下机器人，有些水下机器人已经应用到石油管道勘察，军事等方面。最出名的当属哈尔滨工程大学和中国沈阳自动化研究所的水下机器人产品。其中哈尔滨工程大学的水下机器人“堤坝安全检测水下机器人”可以实现对于堤坝安全的检测、损伤部位的定位以及其他隐患的督检。沈阳自动化研究所研制的超小型水下机器人，可以实现自主定深，定向等基本功能，同时还研究了一些特种水下机器人来实现特种任务。其中沈阳自动化研究所的水下机器人有海人一号、RECON.IV-SIAAA、金鱼三号等，海人一号和RECON.IV-SIAAA属于作业型水下机器人，金鱼三号属于观察型水下机器人。海人一号长2.7m，宽1.59m，高1.95m，空气中质量为2198kg，可以实现定深，定向，并且有6功能双向反馈主从机械手臂，视觉方面为双目视觉。RECON.IV-SIAAA长2.12m，宽1.03m，高0.96m，空气中质量为800kg，可以实现定深，定向，并且有6/5功能主从机械手臂，视觉方面为单目视觉。金鱼三号的长为0.6m，宽0.58m，高0.35m，空气中质量为34kg，视觉方面为单目视觉。
由于水下机器人的飞速发展，它已经可以应用到很多领域，管道检查：如渤海漏油事件中就可以用水下机器人对石油管道来进行检修。
科学研究：水下生物观察，考古等。
娱乐：水下摄像水下摄影等。
安全检查：大坝、港口的检修，河流污染的检测等。
但是国内外对于水下机器人水上控制台的研究较少，制约了水下机器人的发展。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，旨在解决国内外对于水下机器人水上控制台的研究较少，制约了水下机器人的发展的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，该浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统包括：主控板模块、甲板单元主控模块、视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块；
用于实现两个摇杆数据的采集，甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信的主控板模块；
与主控板模块通过视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块连接，实现通讯，用于对水下机器人的甲板控制系统进行控制的甲板单元主控模块；
用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送和接收的视频差分接收模块和视频差分发送模块；
用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块和第二485通信模块。
进一步，甲板单元主控模块还包括：第二AD采集模块、第二485通信模块、OSD字符叠加模块、视频差分接收模块、稳压模块、AC-DC模块、第二电池充电模块、键盘模块、图像存储模块；
用于将模拟信号转化为数字信号的第二AD采集模块，与为第二AD采集模块提供电压的锂电压连接；
与甲板单元主控模块，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第二485通信模块；
通过串口通信连接甲板单元主控模块，用于实现摄像头过来的AV视频上叠加上需要的字符汉字时间日期信息的OSD字符叠加模块；
与OSD字符叠加模块连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行接收的视频差分接收模块，将视频信息传送至OSD字符叠加模块；
与甲板单元主控模块连接，用于为甲板单元主控模块提供电源的稳压模块；
与稳压模块连接，用于将直流电转化为交流电的AC-DC模块；
与AC-DC模块连接，与用于电池充电的第二电池充电模块；
与甲板单元主控模块连接，用于进行信息输入的键盘模块；
与OSD字符叠加模块连接，用于进行图像信息存储的图像存储模块，接收OSD字符叠加模块连接的叠加信号；
2个摇杆经过6路AD采样连接到第二AD采集模块。
进一步，主控板模块还包括：视频切换模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第一AD采集模块、主板供电模块、DC-AC模块、LED亮度控制模块、第一电池充电模块；
与700线黑白摄像头与700线彩色摄像头均连接，用于选择视频图像信号的视频切换模块；
与视频切换模块连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送的视频差分发送模块，接收视频切换模块的选择的视频信号；
与主控板模块连接，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块，接受主控板模块的控制；
与主控板模块连接，用于将模拟信号转化为数字信号的第一AD采集模块；
与主控板模块连接，用于为主板的工作提供能源的主板供电模块；
用于将交流电转化为直流电的DC-AC模块；
与电源板连接，用于对LED的亮度进行控制的LED亮度控制模块；
与DC-AC模块连接，用于为电池充电的第一电池充电模块，接收DC-AC模块的转换信号；
主控板模块通过PPM信号控制2台摄像头云台舵机，主控板模块通过PWM信号来控制3个电机控制器已达到控制3个有刷直流电机的目的，电子罗盘通过IIC通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板，温度传感器通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板的第一AD采集模块。
进一步，第一485通信模块和第一485通信模块电路的具体连接为：芯片U2的1引脚连接到电阻R1，2引脚与3引脚相连，5引脚接地，6引脚与7引脚分别连接到P3的1引脚与2引脚，同时6引脚与7引脚间连接有电阻R5，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间连接有电容C3。
进一步，键盘模块电路的设计：通过与主芯片ATmega128的引脚进行配置并与水下部分进行通讯，通过对应按键实现对应的功能，每个按键都连接到Atmega128芯片的相应端口，通过扫描键盘，按下得到相应的返回值。
进一步，视频差分接收模块与视频差分发送模块电路的连接为：芯片U15的1引脚与2引脚相连后接+5V电源，3引脚通过电阻R22连接到COM端，同时3引脚还连接到P18的2引脚，芯片U15的6引脚接P18的1引脚，芯片U15的7引脚与8引脚相连后接-5V电源，9引脚接-5V电源，10引脚接COM端，11引脚、12引脚与13引脚相连接后接-5V电源，15引脚通过串联电阻R23与R29后接COM端，16引脚接COM端，-5V电源与地之间并联有
电容C42与电容C44。
进一步，视频切换模块电路的连接为：芯片U14与U16是双列16脚封装芯片，其内含三组视频切换开关和一组消隐缓冲或门放大器，作为集成电路提供了RGB转换，RGB电视机插口，内部RGB发生器及视频处理器之间的连接。
进一步，浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统的电源电量显示电路的连接为：电池的电量显示就是一路AD采样，将电池的电量这个模拟信号转换为数字信号，芯片U6的1引脚与2引脚相连，3引脚连接到电阻R13与R14之间，同时3引脚通过电容C23后接地，4引脚直接接地，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间并联有电容C24与C25。
本发明提供的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，通过对于甲板控制系统的各个模块器件的选型，主控制模块、电源模块、人机交互模块的设计，从而设计出一款可以满足基本需求的甲板控制系统。本发明主要研究了一种用于控制小型有缆水下机器人(水下机器人)的甲板控制系统，针对于国内外无人有缆遥控的水下机器人(水下机器人)的发展状况，综合本实验室所设计的小型水下机器人，研发出一种用于控制小型有缆水下机器人(水下机器人)的甲板控制系统。此外，本发明体积较小，质量较轻，便于携带和维护操作简便。
附图说明
图1是本发明实施例提供的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统的主控制模块的结构框图；
图2是本发明实施例提供的甲板单元主控模块的结构框图；
图3是本发明实施例提供的第一485通信模块和第二485通信模块的控制电路图；
图4是本发明实施例提供的键盘模块的控制电路图；
图5是本发明实施例提供的视频差分接收模块和视频差分发送模块的电路图；
图6是本发明实施例提供的视频转换模块的电路图；
图7是本发明实施例提供的电源电量显示的电路图；
图8是本发明实施例提供的电源电压转换的电路图；
图9是本发明实施例提供的三维电位器的电路图；
图10是本发明实施例提供的时钟模拟的电路图；
图中：1、主控板模块；1-1、视频切换模块；1-2、视频差分发送模块；1-3、第一485通信模块；1-4、第一AD采集模块；2、主板供电模块；3、DC-AC模块；4、LED亮度控制模块；5、第一电池充电模块；6、甲板单元主控模块；；6-1、第二AD采集模块；6-2、第二485通信模块；7、OSD字符叠加模块；8、视频差分接收模块；9、稳压模块；10、AC-DC模块；11、第二电池充电模块；12、键盘模块；13、图像存储模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。
本发明的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，该浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统包括：主控板模块、甲板单元主控模块、视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块；
用于实现两个摇杆数据的采集，甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信的主控板模块；
与主控板模块通过视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块连接，实现通讯，用于对水下机器人的甲板控制系统进行控制的甲板单元主控模块；
用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送和接收的视频差分接收模块和视频差分发送模块；
用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块和第二485通信模块。
作为本发明实施例的一优化方案，甲板单元主控模块还包括：第二AD采集模块、第二485通信模块、OSD字符叠加模块、视频差分接收模块、稳压模块、AC-DC模块、第二电池充电模块、键盘模块、图像存储模块；
用于将模拟信号转化为数字信号的第二AD采集模块，与为第二AD采集模块提供电压的锂电压连接；
与甲板单元主控模块，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第二485通信模块；
通过串口通信连接甲板单元主控模块，用于实现摄像头过来的AV视频上叠加上需要的字符汉字时间日期信息的OSD字符叠加模块；
与OSD字符叠加模块连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行接收的视频差分接收模块，将视频信息传送至OSD字符叠加模块；
与甲板单元主控模块连接，用于为甲板单元主控模块提供电源的稳压模块；
与稳压模块连接，用于将直流电转化为交流电的AC-DC模块；
与AC-DC模块连接，与用于电池充电的第二电池充电模块；
与甲板单元主控模块连接，用于进行信息输入的键盘模块；
与OSD字符叠加模块连接，用于进行图像信息存储的图像存储模块，接收OSD字符叠加模块连接的叠加信号；
2个摇杆经过6路AD采样连接到第二AD采集模块。
作为本发明实施例的一优化方案，主控板模块还包括：视频切换模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第一AD采集模块、主板供电模块、DC-AC模块、LED亮度控制模块、第一电池充电模块；
与700线黑白摄像头与700线彩色摄像头均连接，用于选择视频图像信号的视频切换模块；
与视频切换模块连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送的视频差分发送模块，接收视频切换模块的视频信号；
与主控板模块连接，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块，接受主控板模块的控制；
与主控板模块连接，用于将模拟信号转化为数字信号的第一AD采集模块；
与主控板模块连接，用于为主板的工作提供能源的主板供电模块；
用于将交流电转化为直流电的DC-AC模块；
与电源板连接，用于对LED的亮度进行控制的LED亮度控制模块；
与DC-AC模块连接，用于为电池充电的第一电池充电模块，接收DC-AC模块的转换信号；
主控板模块通过PPM信号控制2台摄像头云台舵机，主控板模块通过PWM信号来控制3个电机控制器已达到控制3个有刷直流电机的目的，电子罗盘通过IIC通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板，温度传感器通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板的第一AD采集模块。
作为本发明实施例的一优化方案，第一485通信模块和第一485通信模块电路的具体连接为：芯片U2的1引脚连接到电阻R1，2引脚与3引脚相连，5引脚接地，6引脚与7引脚分别连接到P3的1引脚与2引脚，同时6引脚与7引脚间连接有电阻R5，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间连接有电容C3。
作为本发明实施例的一优化方案，键盘模块电路的设计：通过与主芯片ATmega128的引脚进行配置并与水下部分进行通讯，通过对应按键实现对应的功能，每个按键都连接到Atmega128芯片的相应端口，通过扫描键盘，按下得到相应的返回值。
作为本发明实施例的一优化方案，视频差分接收模块与视频差分发送模块电路的连接为：芯片U15的1引脚与2引脚相连后接+5V电源，3引脚通过电阻R22连接到COM端，同时3引脚还连接到P18的2引脚，芯片U15的6引脚接P18的1引脚，芯片U15的7引脚与8引脚相连后接-5V电源，9引脚接-5V电源，10引脚接COM端，11引脚、12引脚与13引脚相连接后接-5V电源，15引脚通过串联电阻R23与R29后接COM端，16引脚接COM端，-5V电源与地之间并联有电容C42与电容C44。
作为本发明实施例的一优化方案，视频切换模块电路的连接为：芯片U14与U16是双列16脚封装芯片，其内含三组视频切换开关和一组消隐缓冲或门放大器，作为集成电路提供了RGB转换，RGB电视机插口，内部RGB发生器及视频处理器之间的连接。
作为本发明实施例的一优化方案，浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统的电源电量显示电路的连接为：电池的电量显示就是一路AD采样，将电池的电量这个模拟信号转换为数字信号，芯片U6的1引脚与2引脚相连，3引脚连接到电阻R13与R14之间，同时3引脚通过电容C23后接地，4引脚直接接地，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间并联有电容C24与C25。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1和图2所示，本发明实施例的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统主要由主控板模块1、视频切换模块1-1、视频差分发送模块1-2、第一485通信模块1-3、第一AD采集模块1-4、主板供电模块2、DC-AC模块3、LED亮度控制模块4、第一电池充电模块5、甲板单元主控模块6、第二AD采集模块6-1、第二485通信模块6-2、OSD字符叠加模块7、视频差分接收模块8、稳压模块9、AC-DC模块10、第二电池充电模块11、键盘模块12、图像存储模块13组成；它的控制电路，主要包括甲板单元主控模块6电路图、水下机器人主控板模块1电路图和电源模块电路图，其中甲板单元主控模块6与水下机器人主控板模块1间通过视频差分接收模块8与视频差分发送模块1-2以及第一485通信模块1-3和第二485通信模块6-2进行连接通信；甲板单元主控模块6与电源板模块的AD-DC模块10与DC-AC模块3进行连接；水下机器人主控板模块1与电源模块通过控制线相连，电源模块通过主板供电模块2向水下机器人主控板供电。
如图2所示，甲板单元主控模块6电路的连接：甲板单元主控模块6通过串口通信控制OSD字符叠加模块7，OSD字符叠加模块7接收来自视频差分接收模块8的信息，OSD字符叠加模块7同时连接到液晶屏与图像存储模块13；锂电压为第二AD采集模块6-1提供电压；2个摇杆经过6路AD采样连接到第二AD采集模块6-1，键盘模块12直接连接到甲板单元主控板上，AC-DC模块10同时向第二电池充电模块11与稳压模块9提供直流电，第二电池充电模块11为12V电池充电，12V电池为稳压模块9提供电源，同时，稳压模块9为甲板单元主控模块提供电源；
用于实现两个摇杆数据的采集，甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信的主控板模块1；与主控板模块通1过视频差分接收模块8、视频差分发送模块1-2、第一485通信模块1-3、第二485通信模块6-2连接，实现通讯，用于对水下机器人的甲板控制系统进行控制的甲板单元主控模块6；
用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送和接收的视频差分接收模块8和视频差分发送模块1-2；
用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块1-3和第二485通信模块6-2。
甲板单元主控模块6还包括：第二AD采集模块6-1、第二485通信模块6-2、OSD字符叠加模块7、视频差分接收模块8、稳压模块9、AC-DC模块10、第二电池充电模块11、键盘模块12、图像存储模块13；
用于将模拟信号转化为数字信号的第二AD采集模块6-1，与为第二AD采集模块6-1提供电压的锂电压连接；
与甲板单元主控模块6，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第二485通信模块6-2；
通过串口通信连接甲板单元主控模块6，用于实现摄像头过来的AV视频上叠加上需要的字符汉字时间日期信息的OSD字符叠加模块7；
与OSD字符叠加模块7连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行接收的视频差分接收8模块，将视频信息传送至OSD字符叠加模块7；与甲板单元主控模块6连接，用于为甲板单元主控模块6提供电源的稳压模块9；与稳压模块9连接，用于将直流电转化为交流电的AC-DC模块10；与AC-DC模块10连接，与用于电池充电的第二电池充电模块11；与甲板单元主控模块6连接，用于进行信息输入的键盘模块12；与OSD字符叠加模块7连接，用于进行图像信息存储的图像存储模块13，接收OSD字符叠加模块7的叠加信号；2个摇杆经过6路AD采样连接到第二AD采集模块6-1。
主控板模块1还包括：视频切换模块1-1、视频差分发送模块1-2、第一485通信模块1-3、第一AD采集模块1-4、主板供电模块2、DC-AC模块3、LED亮度控制模块4、第一电池充电模块5；与700线黑白摄像头与700线彩色摄像头均连接，用于选择视频图像信号的视频切换模块1-1；与视频切换模块1-1连接，用于对连续三帧差分图进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理,以消除图像分割后出现的不连续和孔洞的视频进行发送的视频差分发送模块1-2，接收视频切换模块的选择的视频信号1-1；与主控板模块连接1，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块1-3，接受主控板模块1的控制；与主控板模块1连接，用于将模拟信号转化为数字信号的第一AD采集模块1-4；与主控板模块1连接，用于为主板的工作提供能源的主板供电模块2；用于将交流电转化为直流电的DC-AC模块3；与电源板连接，用于对LED的亮度进行控制的LED亮度控制模块4；与DC-AC模块3连接，用于为电池充电的第一电池充电模块5，接收DC-AC模块3的转换信号；
主控板模块1通过PPM信号控制2台摄像头云台舵机，主控板模块1通过PWM信号来控制3个电机控制器已达到控制3个有刷直流电机的目的，电子罗盘通过IIC通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板，温度传感器通过Atmega协议处理器连接到水下机器人主控板的第一AD采集模块1-4。
如图1所示，水下机器人主控板模块电路的连接：700线黑白摄像头与700线彩色摄像头均连接到水下机器人主控板的视频切换模块1-1，水下机器人主控板通过PPM信号控制2台摄像头云台舵机，水下机器人主控板通过PWM信号来控制3个电机控制器已达到控制3个有刷直流电机的目的，电子罗盘通过IIC连接到水下机器人主控板，温度、深度及电压信号连接到水下机器人主控板的第一AD采集模块4。
如图3所示，第一485通信模块1-3和第一485通信模块6-2电路的具体连接为：芯片U2的1引脚连接到电阻R1，2引脚与3引脚相连，5引脚接地，6引脚与7引脚分别连接到P3的1引脚与2引脚，同时6引脚与7引脚间连接有电阻R5，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间连接有电容C3；
如图4所示，键盘模块12电路的设计：主要是通过与主芯片ATmega128的引脚进行配置并与水下部分进行通讯，通过对应按键实现对应的功能，每个按键都连接到Atmega128芯片的相应端口，通过扫描键盘，按下得到相应的返回值；
如图5所示，视频差分接收模块8与视频差分发送模块1-2电路的设计：芯片U15的1引脚与2引脚相连后接+5V电源，3引脚通过电阻R22连接到COM端，同时3引脚还连接到P18的2引脚，芯片U15的6引脚接P18的1引脚，芯片U15的7引脚与8引脚相连后接-5V电源，9引脚接-5V电源，10引脚接COM端，11引脚、12引脚与13引脚相连接后接-5V电源，15引脚通过串联电阻R23与R29后接COM端，16引脚接COM端，-5V电源与地之间并联有电容C42与电容C44；
如图6所示，视频切换模块1-1电路的设计：芯片U14与U16是双列16脚封装芯片，其内含三组视频切换开关和一组消隐缓冲或门放大器，作为集成电路提供了RGB转换，RGB电视机插口，内部RGB发生器及视频处理器之间的连接。
如图7所示，电源电量显示电路的设计：电池的电量显示就是一路AD采样，将电池的电量这个模拟信号转换为数字信号，芯片U6的1引脚与2引脚相连，3引脚连接到电阻R13与R14之间，同时3引脚通过电容C23后接地，4引脚直接接地，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间并联有电容C24与C25；
如图8所示，电源电压转换电路的设计：交流转直流芯片，用到了三个继电器，其中包括交流继电器和直流继电器；
电源板模块中的DC-AC模块3向第一电池充电模块5提供直流电，第一电池充电模块5可向六组镍氢电池充电；
电源板模块中的LED亮度控制模块4可以控制1个500流明LED和2个900流明LED；
如图9所示，三维电位器的控制电路的设计：P4，P5分别是电位器出线插槽，以一共有五条线，分别是+5V，GND和三条信号线。图中P4，P5的1引脚都是+5V，5引脚为GND，P4的4引脚接mega128的PF5，3引脚接PF4，2引脚接PF3，而P5的4引脚接PF2，3引脚接PF1，2引脚接PF0。而+5V电源与GND之间接电容是为了滤波，使其电位器的信号更好；
如图10所示，时钟模块电路的设计：芯片U4的2引脚接+5V电源，4引脚连接主控制板上的RESET的按键，5引脚、6引脚、7引脚、87引脚、9引脚、10引脚、11引脚、12引脚、13引脚相连后与2引脚连接有电容C7，14引脚通过电池夹BT1后接地，15引脚与16引脚分别通过上拉电阻R11与上拉电阻R12后接+5V电源。
本发明的工作原理：
主控制电路的设计是以AVR系列ATmega128为主控芯片，以此来设计调试各个模块，主要是在主芯片AVRATmega128的基础上通过对各个引脚输入输出及配置，并且与外部电路配合，一起构成整体设计的主体部分；主控模块主要实现两个摇杆数据的采集，甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信，时钟芯片的控制，以及软键盘的控制包括定深，定向，定速，以及水下机器人水下主体部分LED灯的多级控制等等。
电源板主要是对水下水下机器人的电源控制，包括用外部220V交流电源转300V直流电源的转换，300V直流转8V直流对电机以及水下机器人内部的电池充电等。就整个电路的控制过来来讲，P9为电源的输入点但是对于12V和300V的接地正好相反，当switch开关开通以后电池会给AXICOM通电，由此其触电将有原来的位置打到9和8上然后G2RL将通电触电将从原来的位置变化到5和4上，从而控制输出，当P9接外接电源后经过FARM的交直流变换将原来的电压转换为300V从而输出到水下部分，水下部分在经过直流转直流将300V转换为6V从而直接为电机供电并且通过另一转换模块将300V直流电转换为12V直流电源为水下电池充电。而甲板控制系统的充电是有单独的充电模块通过P6为电池充电从而实现对甲板控制系统的交/直流转换。控制对甲板控制系统电池的充电。
OSD视频模块，是以QL504A为基础设计的视频输出模块，在PAL制式的模拟视频信号中叠加上所需要显示的字符，包括传感器信息，电源信息，时钟信息等。
人机交互模块是甲板控制台上最直观的部分，总体看来它可以分为三维电位器部分，软键盘部分，视频模块部分。工作时通过对三为电位器的操作可以从视频部分直观的看到我们操作舵机，电机的效果，而通过键盘的操作也同样可以直观的看到LED的变化，潜水器的位置航向角等信息，通过对应按键实现对应的功能，每个按键都连接到Atmega128芯片的相应端口，通过扫描键盘，按下得到相应的返回值，没有按下返回值为0，并将返回值的和通过RS485通信发送到控制板上，控制板芯片通过判断返回值来确定要实现的功能。所以对于整个甲板控制系统来说，人机交互模式是一个至关重要的部分。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，该浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统包括：主控板模块、甲板单元主控模块、视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块；
用于实现两个摇杆数据的采集、甲板单元电量的采集以及与水下机器人进行通信的主控板模块；
与主控板模块通过视频差分接收模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第二485通信模块连接，实现通讯，用于对水下机器人的甲板控制系统进行控制的甲板单元主控模块；
用于对连续三帧差分图像进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理，以消除图像分割后出现的不连续和孔洞，并将视频信息进行发送和接收的视频差分发送模块和视频差分接收模块；
用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块和第二485通信模块；
包括：主控板模块、视频切换模块、视频差分发送模块、第一485通信模块、第一AD采集模块、主板供电模块、AC-DC模块、LED亮度控制模块、第一电池充电模块；
与700线黑白摄像头与700线彩色摄像头均连接，用于选择视频图像信号的视频切换模块；
与视频切换模块连接，用于对连续三帧差分图像进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理，以消除图像分割后出现的不连续和孔洞，并将视频信息进行发送的视频差分发送模块，接收视频切换模块的选择的视频信号；
与主控板模块连接，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第一485通信模块，接受主控板模块的控制；
与主控板模块连接，用于将模拟信号转化为数字信号的第一AD采集模块；
与主控板模块连接，用于为主控板模块的工作提供能源的主板供电模块；
用于将交流电转化为直流电的AC-DC模块；
与电源板连接，用于对LED的亮度进行控制的LED亮度控制模块；
与AC-DC模块连接，用于为电池充电的第一电池充电模块，接收AC-DC模块的转换信号；
主控板模块通过PPM信号控制2台摄像头云台舵机，主控板模块通过PWM信号来控制3个电机控制器已达到控制3个有刷直流电机的目的，电子罗盘通过IIC通过Atmega协助处理器连接到主控板模块，温度传感器通过Atmega协助处理器连接到第一AD采集模块。
2.如权利要求1所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，包括：甲板单元主控模块、第二AD采集模块、第二485通信模块、OSD字符叠加模块、视频差分接收模块、稳压模块、AC-DC模块、第二电池充电模块、键盘模块、图像存储模块；
用于将模拟信号转化为数字信号的第二AD采集模块，与为第二AD采集模块提供电压的锂电压连接；
与甲板单元主控模块连接，用于通过高低电平来判断0或1，各协议只是定义01排布方式及意义的第二485通信模块；
OSD字符叠加模块通过串口通信模块与甲板单元主控模块连接，用于实现在摄像头传过来的AV视频上叠加上需要的字符、汉字、时间、日期信息；
视频差分接收模块与OSD字符叠加模块连接，用于对连续三帧差分图像进行分割，并对分割得到的运动目标进行数学形态学处理，以消除图像分割后出现的不连续和孔洞，并将视频信息传送至OSD字符叠加模块；
稳压模块与甲板单元主控模块连接，用于为甲板单元主控模块提供电源；
AC-DC模块与稳压模块连接，用于将交流电转化为直流电；
与AC-DC模块连接，用于电池充电的第二电池充电模块；
与甲板单元主控模块连接，用于进行信息输入的键盘模块；
与OSD字符叠加模块连接，用于进行图像信息存储的图像存储模块，接收OSD字符叠加模块连接的叠加信号；
2个摇杆经过6路AD采样连接到第二AD采集模块。
3.如权利要求1所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，第一485通信模块和外围电路的具体连接为：芯片MAX481CSA的1引脚连接到电阻R1，2引脚与3引脚相连，5引脚接地，6引脚与7引脚分别连接到P3的1引脚与2引脚，同时6引脚与7引脚间连接有电阻R5，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间连接有电容C3。
4.如权利要求2所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，键盘模块电路的设计：通过与主芯片ATmega128的引脚进行配置并与水下部分进行通讯，通过对应按键实现对应的功能，每个按键都连接到Atmega128芯片的相应端口，通过扫描键盘，按下得到相应的返回值。
5.如权利要求1所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，视频差分接收模块与视频差分发送模块电路的连接为：芯片MAX4444ESE的1引脚与2引脚相连后接+5V电源，3引脚通过电阻R22连接到COM端，同时3引脚还连接到P18的2引脚，MAX4444ESE的6引脚接P18的1引脚，MAX4444ESE的7引脚与8引脚相连后接-5V电源，9引脚接+5V电源，10引脚接COM端，11引脚、12引脚与13引脚相连接后接-5V电源，15引脚通过串联电阻R23与R29后接COM端，16引脚接COM端，-5V电源与地之间并联有电容C42与电容C44。
6.如权利要求1所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，视频切换模块电路的连接为：芯片TEA5114A与是双列16脚封装芯片，其内含三组视频切换开关和一组消隐缓冲或门放大器，作为集成电路提供了RGB转换，RGB电视机插口，内部RGB发生器及视频处理器之间的连接。
7.如权利要求1所述的浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统，其特征在于，浅水观察级流线型小型水下机器人控制系统的电池电量显示电路的连接为：电池的电量显示就是一路AD采样，将电池的电量这个模拟信号转换为数字信号，芯片AD826AR的1引脚与2引脚相连，3引脚连接到电阻R13与R14之间，同时3引脚通过电容C23后接地，4引脚直接接地，8引脚接+5V电源，+5V电源与地之间并联有电容C24与C25。
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