CN106873652B - 液舱水位调节智能驱动控制器及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液舱水位调节智能驱动控制器及控制方法，其包括单片机控制电路、光耦隔离电路、电源模块、电磁阀驱动电路、继电器开关电路、RS485通讯电路及位移传感器。智能驱动控制器与外围的系统电源、位移传感器、通讯端子、电机驱动器、电磁阀的接口相连。本发明的液舱水位调节驱动控制器具备精确监测液舱内部水位变量、驱动控制注排水执行机构、电源变换、以及与主系统通讯的能力，并含有容错保护机制，屏蔽接收主系统的错误指令，保护液舱安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种液舱水位调节智能驱动控制器及控制方法，属于电气控制技术领域。
背景技术
大多数的潜航器是采用泵式注排水的方式来调整液舱内部水量，提供变化的重量，从而实现可调节的浮力。其中驱动控制器是泵式注排水液舱系统的重要一环，作用是接收潜航器给出的注排水命令，并可靠地输出电磁阀和电机驱动器所需的电压信号。现有的潜航器一般是直接参与液舱的浮力调节，也就是潜航主控器直接驱动电磁阀，监测液舱水位。这种结构虽然是直接的、有效的，但是当主控制器故障，或者出现主控器与驱动电路断开连接的情况时，浮力控制系统将会彻底失效。这样不仅给液舱水位调节操作带来了不便，同时也威胁了潜航器的自身安全。因此需要一种智能的驱动控制器，分担主控器的液位信息采集工作，执行主控器注、排驱动命令，兼有主控故障下智能控制与自我保护的功能。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种液舱水位调节智能驱动控制器，以实现为潜航器主系统提供实时液位、驱动注排水系统的能力。
本发明另一目的在于提供一种液舱水位调节智能驱动控制器的控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种液舱水位调节智能驱动控制器，包括单片机控制电路、光耦隔离电路、电源模块、电磁阀驱动电路、继电器开关电路、RS485通讯电路及位移传感器；所述单片机控制电路分别与位移传感器接口、RS485通讯电路、光耦隔离电路相连，所述RS485通讯电路与外围通讯接口相连，所述光耦隔离电路与电磁阀驱动电路、继电器开关电路相连；所述电磁阀驱动电路与外围电磁阀接口相连；所述继电器开关电路与外围电机驱动器相连；所述电源模块为单片机控制电路、RS485通讯电路、光耦隔离电路、电磁阀驱动电路、继电器开关电路以及外围传感器供电。
所述单片机控制电路包括单片机、ISP下载接口及复位电路；单片机采用的型号为ATmega128L，晶振为8MHz，单片机采集液位位移信息，运用ATmega128L的10位模数转换器（ADC），接收传感器的数字信号，并对采样得到的数据进行滤波处理、液位数值转换；通讯采用单片机的USART功能，以中断方式接收主系统命令，接收数据的同时返回给主系统一个液位数据。
优选地，RS485通讯电路采用型号为AMD2587E的数字隔离芯片，用于通讯电平转换。
优选地，光耦隔离电路的光耦隔离芯片采用型号为TLP521，与其相连的电磁阀驱动电路，功率驱动管采用型号为IRF540的N沟道场效应管。
优选地，继电器开关电路有两路，分别用于控制电机驱动器的运行与停机、正转与反转，继电器采用型号为HFD4/24-S，用型号为S8050的NPN来驱动继电器动作。
本发明的控制方法包括下述步骤：
驱动控制器与主系统RS485实时通讯，接收到主系统指令或计算机的注排水控制指令时，触发USART接收中断程序，读取通讯内容，并将液位数据回馈给主系统；如果水位超出保护限值，设置保护状态标志位，实行保护机制，驱动电机和电磁阀动作；如果水位未超出保护限值，则清除保护状态标志位，驱动电机和电磁阀动作。
所述的保护机制，即控制器屏蔽来自主系统的违规动作指令，具体步骤为，水位已达上限，则设置满水状态标志位，屏蔽吸水相关指令；水位未达上限，则设置空水状态标志位，屏蔽排水相关指令。
本发明达到的积极效果：本发明提供的智能驱动控制器，具备精确测量液舱内部水量、驱动控制注排水执行机构、电源变换、以及与主系统通讯的能力。驱动器硬件电路结构简洁、精炼，软件方案完善、合理，辅助系统获得良好的实时性。
本驱动控制器兼具自主的容错机制，为液舱的安全加一道防线，实现更加智能化的驱动作业。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意框图。
图2是本发明驱动控制器的采样原理工作流程图。
图3是本发明驱动控制器的工作流程图。
图4是本发明驱动控制器的保护机制工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图内容和具体实例对本专利进行说明。
实施例
如图1所示，一种液舱水位调节智能驱动控制器，包括单片机控制电路、光耦隔离电路、电源模块、电磁阀驱动电路、继电器开关电路、RS485通讯电路及位移传感器；所述单片机控制电路分别与位移传感器接口、RS485通讯电路、光耦隔离电路相连，所述RS485通讯电路与外围通讯接口相连，所述光耦隔离电路与电磁阀驱动电路、继电器开关电路相连；所述电磁阀驱动电路与外围电磁阀接口相连；所述继电器开关电路与外围电机驱动器相连；所述电源模块为单片机控制电路、RS485通讯电路、光耦隔离电路、电磁阀驱动电路、继电器开关电路以及外围传感器供电。
所述单片机控制电路包括单片机、ISP下载接口及复位电路；单片机采用的型号为ATmega128L，晶振为8MHz，单片机采集液位位移信息，运用ATmega128L的10位模数转换器（ADC），接收传感器的数字信号，并对采样得到的数据进行滤波处理、液位数值转换；通讯采用单片机的USART功能，以中断方式接收主系统命令，接收数据的同时返回给主系统一个液位数据。
优选地，RS485通讯电路采用型号为AMD2587E的数字隔离芯片，用于通讯电平转换。
优选地，光耦隔离电路的光耦隔离芯片采用型号为TLP521，与其相连的电磁阀驱动电路，功率驱动管采用型号为IRF540的N沟道场效应管。
优选地，继电器开关电路有两路，分别用于控制电机驱动器的运行与停机、正转与反转，继电器采用型号为HFD4/24-S，用型号为S8050的NPN来驱动继电器动作。
单片机作为核心控制芯片，主要完成整个驱动装置的运算与控制。运算内容包括数字滤波、电压与位移数值转换，位移与液位数值的转换。控制内容包括模数转换、USART通讯、I/O口输出驱动阀门与电机驱动器。液位数据采集中断流程如图2所示。
控制方法流程图如图3所示。驱动控制器与主系统RS485实时通讯，接收到主系统指令或计算机的注排水控制指令时，触发USART接收中断程序，读取通讯内容，并将液位数据回馈给主系统。同时单片机核心处理器依据收到的注排水命令，利用4个I/O口分别控制电磁阀1、电磁阀2、电机驱动器运行/停止、电机驱动器正转/反转，其工作流程如图3所示。
如果水位超出保护限值，设置保护状态标志位，实行保护机制，驱动电机和电磁阀动作；如果水位未超出保护限值，则清除保护状态标志位，驱动电机和电磁阀动作。
驱动控制器还具有容错的保护机制，其工作流程如图4所示。保护两种极限情况，即当液舱满水状态时驱动器依然接收到注水命令，或者当液舱空水状态时驱动器依然接收排水命令，此种情况下若继续执行驱动会使舱内压力持续变化，易使恒压液舱的弹性形变，威胁浮力系统的安全。
所述的保护机制，即控制器屏蔽来自主系统的违规动作指令，具体步骤为，水位已达上限，则设置满水状态标志位，屏蔽吸水相关指令；水位未达上限，则设置空水状态标志位，屏蔽排水相关指令。
本发明的保护范围以权利要求为准，不受具体实施例所限制。
Claims (1)
1.一种液舱水位调节智能驱动控制器的控制方法，
液舱水位调节智能驱动控制器包括单片机控制电路、光耦隔离电路、电源模块、电磁阀驱动电路、继电器开关电路、RS485通讯电路及位移传感器；所述单片机控制电路分别与位移传感器接口、RS485通讯电路、光耦隔离电路相连，所述RS485通讯电路与外围通讯接口相连，所述光耦隔离电路与电磁阀驱动电路、继电器开关电路相连；所述电磁阀驱动电路与外围电磁阀接口相连；所述继电器开关电路与外围电机驱动器相连；所述电源模块为单片机控制电路、RS485通讯电路、光耦隔离电路、电磁阀驱动电路、继电器开关电路以及外围传感器供电；
所述单片机控制电路包括单片机、ISP下载接口及复位电路；单片机采用的型号为ATmega128L，晶振为8MHz，单片机采集液位位移信息，运用ATmega128L的10位模数转换器（ADC），接收传感器的数字信号，并对采样得到的数据进行滤波处理、液位数值转换；通讯采用单片机的USART功能，以中断方式接收主系统命令，接收数据的同时返回给主系统一个液位数据；
所述的RS485通讯电路采用型号为AMD2587E的数字隔离芯片，用于通讯电平转换；
所述的光耦隔离电路的光耦隔离芯片采用型号为TLP521，与其相连的电磁阀驱动电路，功率驱动管采用型号为IRF540的N沟道场效应管；
所述的继电器开关电路有两路，分别用于控制电机驱动器的运行与停机、正转与反转，继电器采用型号为HFD4/24-S，用型号为S8050的NPN来驱动继电器动作；
其特征在于包括下述步骤：
驱动控制器与主系统通过RS485通讯电路实时通讯，接收到主系统指令或计算机的注排水控制指令时，触发USART接收中断程序，读取通讯内容，并将液位数据回馈给主系统；如果水位超出保护限值，设置保护状态标志位，实行保护机制；如果水位未超出保护限值，则清除保护状态标志位，驱动电机和电磁阀动作；
所述的保护机制为控制器屏蔽来自主系统的违规动作指令，具体步骤为，水位已达上限，则设置满水状态标志位，屏蔽吸水相关指令；水位未达上限，则设置空水状态标志位，屏蔽排水相关指令。
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