CN105979193B - 用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统和方法，该系统包括设置在岸上设备中的升压直流供电装置和第一电力线载波装置、设置在无人遥控潜水器中的降压转换装置和第二电力线载波装置、以及用于连接所述岸上设备和所述无人遥控潜水器的同轴电缆。本发明克服了现有水下电缆笨重、体积大、使用不便的缺点，通过电力信号传输和通讯信号传输共用同轴电缆的方式，仅仅使用一组电缆，即可实现水下高清视频的实时数据传输和水下ROV的实时电力供应。在实际应用中，本发明中的同轴电缆由于直径小、重量轻、携带和收放方便，具有良好的现场效果。
Description
技术领域
本发明涉及无人遥控潜水器技术领域，尤其涉及一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统和方法。
背景技术
ROV，即无人遥控潜水器(Remote Operated Vehicle)，其组成包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、黑白或彩色摄像头、摄像云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。不同类型的ROV功能多种多样，用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。
现有ROV水下电缆多采用多芯电缆结构，由金属线芯、绝缘层、屏蔽层、浮力材料层、强度材料层、防水层等组成(全部或部分)。通过一对或者多对电缆芯传输直流或者交流电，通过一对或者多对电缆芯传输通讯信号。通过填充浮力材料确保电缆在水中的零浮力，以减少ROV在水中运动的阻力。
由于多芯线采用的是供电线路和通讯信号分别由不同的电缆芯传输的方式，因此至少需要两条电缆芯传输电力、两条信号电缆芯传输通讯信号。如果采用多个通信信道，则需要多条电缆芯传输通讯信号。在传输电流增大的情况下，电力电缆芯直径也要增加。随着电流的增大和通讯信号线的增加，由于电缆中包含多条金属多芯线，质量增加，需要填充更多的浮力材料，造成直径的快速增加。因此，这种方案存在电缆直径大、单位长度重量大、携带、收放电缆困难的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统和方法，在满足无人遥控潜水器水下电缆电力传输和高速通讯需求的同时，解决水下电缆直径大、重量大、携带和收放困难的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统，包括设置在岸上设备中的升压直流供电装置和第一电力线载波装置、设置在无人遥控潜水器中的降压转换装置和第二电力线载波装置、以及用于连接所述岸上设备和所述无人遥控潜水器的同轴电缆；
所述升压直流供电装置用于将输入电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压，形成电力信号加载到所述同轴电缆；所述第一电力线载波装置用于对控制数据进行信号调制，形成通讯信号加载到所述同轴电缆；
所述同轴电缆用于同时传输所述电力信号和所述通讯信号；
所述降压转换装置用于对接收到的电力信号进行降压，为所述无人遥控潜水器提供电力供应；所述第二电力线载波装置用于对接收到的通讯信号进行解调，得到解调后的控制数据。
优选地，所述无人遥控潜水器还包括主控芯片，所述主控芯片用于接收所述第二电力线载波装置解调后的控制数据，并根据所述控制数据控制所述无人遥控潜水器的各个功能执行单元进行工作。
优选地，所述第二电力线载波装置还用于接收所述主控芯片发送的反馈数据，并对所述反馈数据进行信号调制，形成反馈信号加载到所述同轴电缆，所述第一电力线载波装置还用于对接收到的反馈信号进行解调，得到解调后的反馈数据。
优选地，所述升压直流供电装置包括市电输入端，所述升压直流供电装置能够将所述市电输入端输入的220V交流电压转换为360-800V的直流电压。
优选地，所述降压转换装置能够将接收到的360-800V的直流电压转换为 24V直流电压。
优选地，所述同轴电缆通过TCP/IP协议对所述通讯信号进行传输。
优选地，所述第一电力线载波装置和所述第二电力线载波装置均为宽带电力线载波装置，加载于所述同轴电缆的通讯信号的实时通讯速率不低于 100Mbps。
一种基于上述电力和通讯数据传输系统的电力和通讯数据传输方法，包括以下步骤：
所述升压直流供电装置将输入电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压，形成电力信号加载到所述同轴电缆；所述第一电力线载波装置对控制数据进行信号调制，形成通讯信号加载到所述同轴电缆；
所述同轴电缆同时传输所述电力信号和所述通讯信号；
所述降压转换装置对接收到的电力信号进行降压，为所述无人遥控潜水器提供电力供应；所述第二电力线载波装置对接收到的通讯信号进行解调，得到解调后的控制数据。
优选地，所述无人遥控潜水器还包括主控芯片，所述电力和通讯数据传输方法还包括以下步骤：
所述主控芯片接收所述第二电力线载波装置解调后的控制数据，并根据所述控制数据控制所述无人遥控潜水器的各个功能执行单元进行工作。
优选地，所述电力和通讯数据传输方法还包括：
所述第二电力线载波装置接收所述主控芯片发送的反馈数据，并对所述反馈数据进行信号调制，形成反馈信号加载到所述同轴电缆；
所述第一电力线载波装置对接收到的反馈信号进行解调，得到解调后的反馈数据。
本发明采用以上技术方案，通过电力信号传输和通讯信号传输共用同轴电缆的方式，仅仅使用一组电缆，即可实现水下高清视频的实时数据传输和水下ROV的实时电力供应。在实际应用中，本发明中的同轴电缆直径小、重量轻、携带和收放方便，具有良好的现场效果。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的电力和通讯数据传输系统的结构示意图。
图中：1、岸上设备；11、升压直流供电装置；12、第一电力线载波装置； 2、同轴电缆；3、无人遥控潜水器；31、降压转换装置；32、第二电力线载波装置；33、主控芯片。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明首先提供了一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统，如图1所示，该系统包括设置在岸上设备1中的升压直流供电装置11和第一电力线载波装置12、设置在无人遥控潜水器3中的降压转换装置31和第二电力线载波装置32、以及用于连接岸上设备1和无人遥控潜水器3的同轴电缆2。
其中，升压直流供电装置11用于将输入电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压，形成电力信号加载到同轴电缆2；第一电力线载波装置 12用于对控制数据进行信号调制，形成通讯信号加载到同轴电缆2；
同轴电缆2用于同时传输所述电力信号和所述通讯信号；
降压转换装置31用于对接收到的电力信号进行降压，为无人遥控潜水器 3提供电力供应；第二电力线载波装置32用于对接收到的通讯信号进行解调，得到解调后的控制数据。
本发明克服了现有水下电缆笨重、体积大、使用不便的缺点，通过电力信号传输和通讯信号传输共用同轴电缆的方式，仅仅使用一组电缆，即可实现水下高清视频的实时数据传输和水下ROV的实时电力供应。在实际应用中，本发明中的同轴电缆由于直径小、重量轻、携带和收放方便，具有良好的现场效果。
具体地，本发明通过高压直流供电技术，将直流高压电压加载在同轴电缆上传输电力。提高供电电压后，同轴电缆的线径可以降低。理论上，直流电压每提高一倍、相同直径的金属电缆，可以传输原功率四倍的电力。
另一方面，通过电力线载波(Power Line Communication，PLC)技术，将控制数据通过电力线载波加载到同轴电缆上，实现电力信号和通讯信号的同时传输，无需多条通信电缆芯，节约了成本和空间。
进一步地，无人遥控潜水器3还包括主控芯片33，主控芯片33用于接收第二电力线载波装置32解调后的控制数据，并根据所述控制数据控制无人遥控潜水器3的各个功能执行单元进行工作。
此外，第二电力线载波装置32还用于接收主控芯片33发送的反馈数据，并对所述反馈数据进行信号调制，形成反馈信号加载到同轴电缆2，第一电力线载波装置12还用于对接收到的反馈信号进行解调，得到解调后的反馈数据。
也就是说，岸上设备1和无人遥控潜水器之间的数据传递是相互的，此处主控芯片33向岸上设备1发送的不仅限于反馈数据，还可以是其他类型的控制数据，此处不再赘述。
优选地，升压直流供电装置11包括市电输入端，升压直流供电装置11 能够将所述市电输入端输入的220V交流电压转换为360-800V的直流电压。
对于ROV这种应用，高效率的电力传输，首选是直流供电。交流供电存在一定安全隐患，在水下线缆破损时，容易造成设备损坏和人员伤亡。另外，直流供电的效率也比交流供电效率高。本发明通过提高高压直流供电电压，可以降低金属芯线径。因此，高压直流供电属于合适的方案。
优选地，在无人遥控潜水器中，降压转换装置31能够将接收到的 360-800V的直流电压转换为24V直流电压，为本体的各个功能执行单元进行供电。这里的功能执行单元包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、黑白或彩色摄像头、摄像云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元。
优选地，同轴电缆2通过TCP/IP协议对所述通讯信号进行传输。并且，第一电力线载波装置12和第二电力线载波装置32均为宽带电力线载波装置，加载于同轴电缆2的通讯信号的实时通讯速率不低于100Mbps。
宽带电力线载波加载在同轴电缆2上，实时通讯速率达到100Mbps级别，带宽能够满足视频传输等高带宽需求的应用。同时，采用同轴电缆代替多芯电缆，能够降低金属芯的数量需求。
相应地，本发明还提供了一种基于上述电力和通讯数据传输系统的电力和通讯数据传输方法，结合图1，该方法包括以下步骤：
升压直流供电装置11将输入电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压，形成电力信号加载到同轴电缆2；第一电力线载波装置12对控制数据进行信号调制，形成通讯信号加载到同轴电缆2；
同轴电缆2同时传输所述电力信号和所述通讯信号；
降压转换装置31对接收到的电力信号进行降压，为无人遥控潜水器3提供电力供应；第二电力线载波装置32对接收到的通讯信号进行解调，得到解调后的控制数据。
本发明仅使用一组同轴电缆即可同时传输电力信号和通讯信号，实现水下高清视频的实时数据传输和水下ROV的实时电力供应。在实际应用中，由于同轴电缆直径小、重量轻、携带和收放方便，具有良好的现场效果。
进一步地，无人遥控潜水器3还包括主控芯片33，所述电力和通讯数据传输方法还包括以下步骤：
主控芯片33接收第二电力线载波装置32解调后的控制数据，并根据所述控制数据控制无人遥控潜水器3的各个功能执行单元进行工作。
进一步地，所述电力和通讯数据传输方法还包括：
第二电力线载波装置32接收主控芯片33发送的反馈数据，并对所述反馈数据进行信号调制，形成反馈信号加载到同轴电缆2；
第一电力线载波装置12对接收到的反馈信号进行解调，得到解调后的反馈数据。
可以看出，在本发明中，岸上设备1和无人遥控潜水器3之间通过同轴电缆2同时进行电力供应和通讯数据传输，实现对水下ROV机体的功能控制和水下视频及传感器数据的上传。并且，本发明中的同轴电缆2具有直径小、重量轻、携带和收放方便的优点，非常适合应用于无人遥控潜水器的现场作业。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于无人遥控潜水器的电力和通讯数据传输系统，其特征在于，包括设置在岸上设备中的升压直流供电装置和第一电力线载波装置、设置在无人遥控潜水器中的降压转换装置和第二电力线载波装置、以及用于连接所述岸上设备和所述无人遥控潜水器的同轴电缆；
所述升压直流供电装置用于将输入电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压，形成电力信号加载到所述同轴电缆；所述第一电力线载波装置用于对控制数据进行信号调制，形成通讯信号加载到所述同轴电缆；
所述同轴电缆用于同时传输所述电力信号和所述通讯信号；
所述降压转换装置用于对接收到的电力信号进行降压，为所述无人遥控潜水器提供电力供应；所述第二电力线载波装置用于对接收到的通讯信号进行解调，得到解调后的控制数据；
所述无人遥控潜水器还包括主控芯片，所述主控芯片用于接收所述第二电力线载波装置解调后的控制数据，并根据所述控制数据控制所述无人遥控潜水器的各个功能执行单元进行工作；
所述第二电力线载波装置还用于接收所述主控芯片发送的反馈数据，并对所述反馈数据进行信号调制，形成反馈信号加载到所述同轴电缆，所述第一电力线载波装置还用于对接收到的反馈信号进行解调，得到解调后的反馈数据；
所述升压直流供电装置包括市电输入端，所述升压直流供电装置能够将所述市电输入端输入的220V交流电压转换为360-800V的直流电压。
2.根据权利要求1所述的电力和通讯数据传输系统，其特征在于，所述降压转换装置能够将接收到的360-800V的直流电压转换为24V直流电压。
3.根据权利要求1或2所述的电力和通讯数据传输系统，其特征在于，所述同轴电缆通过TCP/IP协议对所述通讯信号进行传输。
4.根据权利要求1或2所述的电力和通讯数据传输系统，其特征在于，所述第一电力线载波装置和所述第二电力线载波装置均为宽带电力线载波装置，加载于所述同轴电缆的通讯信号的实时通讯速率不低于100Mbps。
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