CN104932454A - 一种rov远程通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ROV远程通信系统。包括水面控制器、水面通信模块、水面操控模块、水下通信模块、ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块、ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块和ROV摄像及灯光控制模块，该系统能够根据ROV系统的工作需要，实时将水下ROV系统检测信号和各部件的状态上传，同时保证水面控制命令实时发送到水下执行系统。本发明具有可靠性高和实时性好的优点。
Description
技术领域
本发明属于水下机器人通信领域，尤其涉及能够保证实时操控和监视水下机器人的，一种ROV远程通信系统。
背景技术
海洋是目前尚未被大范围开发的领域，尤其是海底复杂的环境以及深海中丰富多样的的自然资源，这些因素促使世界各个国家投入大量的人力、物力、财力在海洋探测，尤其是深海探测和深海作业研究中。尽管海洋开发技术尚未完全成熟，但是目前水下机器人在深海作业方面还是取得了广泛的科研价值、工程经验以及经济效益。水下机器人分为两种：一种是自主型，称为AUV；另一种是远程操控型，称为ROV。ROV是一种操控者通过电缆远程操控机器人在水下作业勘探的机器人，因此远程通信系统至关重要。远程通信系统具有以下难点：通讯电缆与ROV高压供电电缆是包含在一个大的电缆中，因此通讯电缆易受干扰；ROV水下部分部件较多，检测、监控和执行的部件对信息和命令实时性和准确性都有很高的要求。
目前关于ROV远程通信系统研究的进展列举如下：《水下机器人通信系统的CAN总线冗余设计》，自动化仪表，2012(11)：23—26，该文献虽然设计出通过CAN总线进行ROV通信，但是使用CAN总线需要配备CAN的控制器和CAN的收发器，无疑增加了通信结构的复杂性，在短距离通信情况下，提高了成本，不够简捷高效，这种复杂性会在实际使用中埋下作业隐患。《光纤通信在ROV系统中的应用》，中国石油和化工标准与质量，2013(11)：95—96。采用光纤进行通信，虽然具有传输频带宽、不易受电磁干扰等优点，在一定程度上增强了传输可靠性，但是其通讯部分需要光源、驱动器、调制器、光纤、中继器、光电检测器等设备，明显增大了研究困难，使项目研发周期大大增长。《RS485总线调试设备的接口设计》，中国科技信息，2011(1)：58—60，提出了RS-485是一种双向、平衡传输的标准接口，能够抑制共模干扰，传输距离远，布线简单，在工业界广泛使用，但是两线制RS485接口只能组成半双工网络，水面通信模块和水下通信模块通信过程中，总线资源被占用的情况严重。
发明内容
本发明的目的是提供可靠性高和实时性好的，一种ROV远程通信系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种ROV远程通信系统，包括水面控制器、水面通信模块、水面操控模块、水下通信模块、ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块、ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块和ROV摄像及灯光控制模块，水面控制器的串行通信接口与水面通信模块的第一串行通信接口相连，水面控制器实时将控制指令发送给水面通信模块；
水面操控模块的串行通信接口与水面通信模块的第二串行通信接口相连，水面操控模块定时将操控指令发送给水面通信模块；
水面通信模块的远程通信485接口与水下通信模块的远程通信485接口相连，水面通信模块定时接收水面操控模块和水下通信模块发送的信息，水面通信模块以中断方式接收水面控制器发送的信息，水面通信模块定时将相应信息发送给水面控制器，水面通信模块定时将相应信息发送给水下通信模块；
ROV深度信息检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第一串行通信接口相连，ROV深度信息检测模块将检测的ROV的水下深度信息定时发送给水下通信模块；
ROV姿态信息检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第二串行通信接口相连，ROV姿态信息检测模块将检测的ROV的航向、俯仰和横滚信息定时发送给水下通信模块；
ROV推进器状态检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第三串行通信接口相连，ROV推进器状态检测模块将检测的ROV的7个推进器的转速和温度信息定时发送给水下通信模块；
ROV各部件检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第四串行通信接口相连，ROV各部件检测模块将检测的ROV的基本信息定时发送给水下通信模块，ROV的基本信息包括：液压油路的温度和压力、ROV的电压、液压系统的液面高度、动力泵的温度和电子舱的漏水信息；
ROV推进器执行模块的串行通信接口与水下通信模块的第五串行通信接口相连，ROV推进器执行模块通过中断方式接收水下通信模块的推进器指令，并执行相应动作；
ROV作业系统执行模块的串行通信接口与水下通信模块的第六串行通信接口相连，ROV作业系统执行模块通过中断方式接收水下通信模块的电磁阀控制指令，并控制对应的电磁阀；
ROV摄像及灯光控制模块的串行通信接口与水下通信模块的第七串行通信接口相连，ROV摄像及灯光控制模块通过中断方式接收水下通信模块的图像采集指令，并根据接收的指令控制控制ROV的摄像头的图像采集和灯光强弱；
水下通信模块采用定时遍寻的方式接收ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块和ROV各部件检测模块发送的数据，水下通信模块采用实时发送的方式将相应的指令发送给ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块和ROV摄像及灯光控制模块，水下通信模块采用中断方式接收水面通信模块的传送的数据。
本发明一种ROV远程通信系统，还可以包括：
水面通信模块定时将相应数据发送给水面控制器的时间间隔为50ms，水面操控模块定时将操控指令发送给水面通信模块的时间间隔为50ms，水下通信模块向水面通信模块发送信息采用时间间隔为100ms的定时发送方式，ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块和ROV各部件检测模块向水下通信模块均采用时间间隔为10ms的定时发送方式。
有益效果：
本发明确定一种远程通信结构，该结构既保证远程通信系统的信号的实时可靠的传递，又能保证多系统间通信信号的快速稳定传递，既能保证系统发出命令的准确、稳定的发送和接受，又能保证监控数据和检测信息的及时、不丢帧传递和显示。发明通用性好，可广泛用于深水作业型ROV的通信系统中。本发明对各分系统的信息传递进行了合理的分配，保证系统相互之间信息传递的通畅，通信系统能够根据实际作业需要增加和删减子系统，具有良好的可扩展性和经济性。系统具有一定模块化和智能性，为ROV的系统实现智能的算法提供物理基础。
附图说明
附图1ROV远程通信系统结构图。
附图2水面控制器与水面通信模块通信示意图。
附图3水面通信模块与水面操控模块通信示意图。
附图4水面通信模块与水下通信模块通信示意图。
附图5水下通信模块与ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块通信示意图。
附图6水下通信模块与ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块、ROV摄像及灯光控制模块通信示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
针对目前现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种可靠性高、实时性好的ROV远程通信系统，能够供潜深在1500米以内的作业型ROV和观察型ROV使用，尤其是长缆的作业型ROV进行水下作业。该系统能够根据ROV系统的工作需要，实时将水下ROV系统检测信号和各部件的状态上传，同时保证水面控制命令实时发送到水下执行系统。
远程通信系统包括水面控制器、水面通信模块、水面操控模块、水下通信模块、ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块、ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块、ROV摄像及灯光控制模块。水面控制器用于显示水下ROV的状态和控制ROV进行相应的工作；水面通信模块用于传送水下ROV信息和发送控制ROV命令；水面操控模块是操控者操控ROV的平台；水下通信模块是将收集各个水下信息模块的信息向水面通信模块传送，同时接收水面信息模块传送的命令分配给各个执行模块；ROV深度信息检测模块用于检测ROV的水下深度；ROV姿态信息检测模块用于检测ROV的航向、俯仰和横滚；ROV推进器状态检测模块用于检测ROV的7个推进器的转速和温度；ROV各部件检测模块主要检测ROV液压油路的温度、压力、ROV的电压、液压系统的液面高度、动力泵的温度和电子舱的漏水和温度等等信息；ROV推进器执行模块用于接收从ROV水下通信模块命令并根据命令执行相应动作；ROV作业系统执行模块用于接收从ROV水下通信模块命令，根据命令控制作业系统中对应的电磁阀；ROV摄像及灯光控制模块根据ROV水下通信模块传送的命令控制ROV的摄像头的图像采集和灯光强弱的控制。本发明的目的还在于提供一种具有抗干扰的远程通信方法。
如图1所示，水面通信模块C的串行通信接口2与水面控制器A的串行通信接口1相连；水面通信模块C的串行通信接口7与水面操控模块B的串行通信接口6相连；水面通信模块C的远程通信485接口3与水下通信模块D的远程通信485接口4相连；ROV深度信息检测模块E的串行通信接口9与水下通信模块D的串行通信接口8相连；ROV姿态信息检测模块F的串行通信接口11与水下通信模块D的串行通信接口10相连；ROV推进器状态检测模块G的串行通信接口13与水下通信模块D的串行通信接口12相连；ROV各部件检测模块I的串行通信接口15与水下通信模块D的串行通信接口14相连；ROV推进器执行模块J的串行通信接口17与水下通信模块的串行通信接口16相连；ROV作业系统执行模块K的串行通信接口19与水下通信模块D的串行通信接口18相连；ROV摄像及灯光控制模块L的串行通信接口21与水下通信模块D的串行通信接口20相连。
制定严格通信协议和通信方法，ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块和水面操控模块采用定时发送信息方式；水面通信模块对水面操控模块和水下通信模块传送的数据是定时接收方式，对水面控制器的接收数据是以中断方式，发送数据是定时方式；水下通信模块对ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块的数据接收是采用定时遍寻的接收方式，对ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块、ROV摄像及灯光控制模块发送的命令是实时的方式，对水面通信模块的传送的数据采用中断接收方式，发送数据采用定时发送方式。各模块之间的通信协议有标准的协议格式，含有防止高压电信号的干扰功能的校验功能，各模块间的通信频率通过仿真和计算保证通信系统具有最大工作效率。
如图2所示，水面通信模块C与水面控制器A通信方式为串行通信RS232形式，通信波特率为115200，由于水面控制器向水下执行部件发送执行命令是根据具体任务情况发送的，具有时间不确定性，因此水面控制器A向水面通信模块C发送的命令为实时方式，而水面通信模块C的接收方式是中断方式，优先级最高。水面通信模块向水面控制器传送水下ROV的各类信息和水面操作模块B的信息，发送方式为定时发送，时间间隔50ms。
如图3所示，水面操作模块B是操作者与ROV进行信息交互的接口，主要为开关量和模拟量信号，为保证信息快速通畅传递，采用定时发送信号状态，时间间隔为50ms，水面操作模块B向水面通信模块C发送操控台的信息，共传送24个A/D量和15个字节的开关量。
如图4所示，水面通信模块C和水下通信模块D是ROV通信系统中最为关键的，采用4线制的485工业控制总线作为通信方式，通信波特率为4800，在通信协议上采用多级纠错和校验方式，保证通信信号的可靠安全传递，通信有两个通道：水面通信模块C向水下通信模块D发送命令，该通道采用实时发送方式，水下通信模块D的接收采用最高优先级的中断接收方式；水下通信模块D向水面通信模块C发送信息采用定时发送方式，时间间隔为100ms。
如图5所示，ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块通信和ROV各部件状态检测模块向水下通信模块发送信息，采用RS-232串行通信方式，通信波特率为115200，为保证信息的及时更新，发送方式为定时发送，各模块的发送时间间隔为10ms。
如图6所示，水下通信模块向ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块、ROV摄像及灯光控制模块发送控制命令，需要保证命令传送的实时性，为此采用实时发送方式，各模块接收方式为中断方式。
Claims (2)
1.一种ROV远程通信系统，其特征在于：包括水面控制器、水面通信模块、水面操控模块、水下通信模块、ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块、ROV各部件检测模块、ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块和ROV摄像及灯光控制模块，
水面控制器的串行通信接口与水面通信模块的第一串行通信接口相连，水面控制器实时将控制指令发送给水面通信模块；
水面操控模块的串行通信接口与水面通信模块的第二串行通信接口相连，水面操控模块定时将操控指令发送给水面通信模块；
水面通信模块的远程通信485接口与水下通信模块的远程通信485接口相连，水面通信模块定时接收水面操控模块和水下通信模块发送的信息，水面通信模块以中断方式接收水面控制器发送的信息，水面通信模块定时将相应信息发送给水面控制器，水面通信模块定时将相应信息发送给水下通信模块；
ROV深度信息检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第一串行通信接口相连，ROV深度信息检测模块将检测的ROV的水下深度信息定时发送给水下通信模块；
ROV姿态信息检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第二串行通信接口相连，ROV姿态信息检测模块将检测的ROV的航向、俯仰和横滚信息定时发送给水下通信模块；
ROV推进器状态检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第三串行通信接口相连，ROV推进器状态检测模块将检测的ROV的7个推进器的转速和温度信息定时发送给水下通信模块；
ROV各部件检测模块的串行通信接口与水下通信模块的第四串行通信接口相连，ROV各部件检测模块将检测的ROV的基本信息定时发送给水下通信模块，ROV的基本信息包括：液压油路的温度和压力、ROV的电压、液压系统的液面高度、动力泵的温度和电子舱的漏水信息；
ROV推进器执行模块的串行通信接口与水下通信模块的第五串行通信接口相连，ROV推进器执行模块通过中断方式接收水下通信模块的推进器指令，并执行相应动作；
ROV作业系统执行模块的串行通信接口与水下通信模块的第六串行通信接口相连，ROV作业系统执行模块通过中断方式接收水下通信模块的电磁阀控制指令，并控制对应的电磁阀；
ROV摄像及灯光控制模块的串行通信接口与水下通信模块的第七串行通信接口相连，ROV摄像及灯光控制模块通过中断方式接收水下通信模块的图像采集指令，并根据接收的指令控制控制ROV的摄像头的图像采集和灯光强弱；
水下通信模块采用定时遍寻的方式接收ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块和ROV各部件检测模块发送的数据，水下通信模块采用实时发送的方式将相应的指令发送给ROV推进器执行模块、ROV作业系统执行模块和ROV摄像及灯光控制模块，水下通信模块采用中断方式接收水面通信模块的传送的数据。
2.根据权利要求1所述的一种ROV远程通信系统，其特征在于：所述的水面通信模块定时将相应数据发送给水面控制器的时间间隔为50ms，水面操控模块定时将操控指令发送给水面通信模块的时间间隔为50ms，水下通信模块向水面通信模块发送信息采用时间间隔为100ms的定时发送方式，ROV深度信息检测模块、ROV姿态信息检测模块、ROV推进器状态检测模块和ROV各部件检测模块向水下通信模块均采用时间间隔为10ms的定时发送方式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171219 |