TW201528820A - 水下載具之通訊裝置 - Google Patents

Abstract

一種水下載具之通訊裝置包含一水面控制系統及一水下通訊系統，該水面控制系統具有一第一乙太網路延伸器，該水下通訊系統具有一第二乙太網路延伸器，該第二乙太網路延伸器是經由一雙絞線電纜(Twisted pair)與該第一乙太網路延伸器電性連接，且該水下通訊系統以該第二乙太網路延伸器及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術與該水面控制器進行訊號傳輸，使該水面控制系統及該水下通訊系統之間可達成長距離且高傳輸量之資料傳輸，而可進行即時之動態影像傳送。

Description

水下載具之通訊裝置

本發明是關於一種水下載具之通訊裝置，特別是關於一種以乙太網路(Ethernet)及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術進行訊號傳輸之水下載具之通訊裝置。

一般海洋研究船皆配置有鹽溫深儀器(CTD)，用來感測海水之導電度、溫度及壓力大小，由於鹽溫深儀器所感測得到的數據資料量小，因此，一般鹽溫深儀器藉由雙絞線電纜(Twisted pair)及序列通訊(Serial communication)即可完成資料的傳送，但因序列通訊的頻寬有限，並無法進行即時且高資料傳輸量(如高解析度之視訊、光學影像或聲納影像)的訊號傳輸。

由於無法進行即時的影像傳輸，因此，一般海洋研究船進行海底探勘取樣時，通常會先進行海底之聲納影像或光學影像的拍攝後，將載有聲納或攝影機之水下載具回收至甲板讀取聲納影像或光學影像，確定海底環境為研究或探勘所需時，再佈放採樣器進行採樣，重複地進行水下載具及採樣器的佈放及回收不僅費時，且由於沒有即時的影像而使研究人員無法即時採樣，造成所採樣之樣品與聲納影像或光學影像有所差異，導致海底探勘的困難。此外，倘若設置於水下載具之科學儀器發生故障而無法傳遞資料至水面端時，研究人員僅能將水下載具回收後再進行維修，更是造成海底探勘的困難及費時。

欲解決上述之問題，請參查台灣專利申請第102207953號「長距離陸水通訊結構」，其揭露一種長距離陸水通訊結構，該長距離陸水通訊結構具有一通訊轉換介面、一水下載具、一無線傳輸結構及一光纖傳輸結構，該通訊轉換介面是藉由該無線傳輸結構及該光纖傳輸結構與該水下載具傳遞資料，以進行電磁訊號、聲納訊號或光纖通訊訊號的訊號轉換，但無線電波於水中的傳輸能力相當有限，因此，以無線電波進行通訊時，會使水下載具的探測水深受到限制；以聲波訊號進行通訊時則受到頻寬的限制，無法進行即時之高傳輸量的資料傳送；其中採用光纖通訊雖可達到快速、高傳輸量的資料傳遞需求，但一般海洋研究船僅具備雙絞線或同軸電纜，相當罕見的配置有光纖電纜，因此若採用光纖通訊將需重新配置光纖電纜及對應光纖電纜之絞機及鋼纜，將大量的增加儀器的配置成本，而限制其應用性。

本發明的主要目的在於以乙太網路(Ethernet)、對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)的技術使用於雙絞線(Twisted pair)進行水面控制系統與水下通訊系統的訊號傳輸，使得水面控制系統與水下通訊系統之間可達到長距離及高速的訊號傳遞。

本發明之一種水下載具之通訊裝置包含一水面控制系統及一水下通訊系統，該水面控制系統以一第一乙太網路延伸器及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術與該水下通訊系統進行訊號傳輸，該水下通訊系統於水下進行運作，該水下通訊系統具有一第二乙太網路延伸器，該第二乙太網路延伸器是經由一雙絞線電纜(Twisted pair)與該第一乙太網路延伸器電性連接，且該水下通訊系統以該第二乙太網路延伸器及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術與該水面控制器進行訊號傳輸。

本發明藉由乙太網路(Ethernet)、對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)的技術及該雙絞線電纜進行訊號傳輸，使得該水面控制系統與該水下通訊系統可達到長距離及高速的訊號傳遞，而能即時的進行動態影像的傳輸，因此，研究人員可直接憑藉動態影像進行海底樣品的取樣，而可減少作業時間及可能發生的取樣錯誤，可大幅的增加海底探勘的能力。

請參閱第1圖，為本發明之第一實施例，一種水下載具之通訊裝置100，該水下載具之通訊裝置100具有一水面控制系統110、一水下通訊系統120及一雙絞線電纜130(Twisted pair)，該水面控制系統110設置於水面、岸邊或船隻甲板，該雙絞線電纜130繞設於一絞機(圖未繪出)上，且該雙絞線電纜130的兩端分別連接該水面控制系統110及該水下通訊系統120，使該水面控制系統110與該水下通訊系統120可藉由該雙絞線電纜130互相傳輸訊號，該水下通訊系統120設置於一水下載具(圖未繪出)上，該水下載具可透過該絞機的控制而佈放於水中，使該水下通訊系統120於水下進行運作，或該水下載具亦可透過該絞機回收至水面。其中該絞機為一般海洋研究船必備之鹽溫深儀絞機(CTD Winch)或多功能絞機，且該雙絞線電纜130為一般鹽溫深儀所使用之傳輸電纜，因此，該水下載具之通訊裝置100可直接安裝於一般海洋研究船上，而可免除另購買儀器設備之成本。

請參閱第1圖，該水面控制系統110具有一第一乙太網路延伸器111一控制處理器112及一人機介面113，該第一乙太網路延伸器111連接該雙絞線電纜130及該控制處理器112，該控制處理器112連接該人機介面113。該人機介面113可為電腦、個人行動裝置或任何可用於輸入及顯示數據資料的機器，該人機介面113用以輸入一控制訊號至該控制處理器112，並由該第一乙太網路延伸器111及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術進行訊號傳輸，將該控制訊號傳遞至該水下通訊系統120進行控制，或是當該第一乙太網路延伸器111由該雙絞線電纜130接收到來自該水下通訊系統120之資料，該資料經該控制處理器112處理後可由該人機介面113顯示。

請參閱第1圖，該水下通訊系統120具有一第二乙太網路延伸器121、一微控制器122、一供電模組123及一水下感測模組124，該第二乙太網路延伸器121連接該雙絞線電纜130，使得該第二乙太網路延伸器121與該第一乙太網路延伸器111電性連接，該水下通訊系統120以該第二乙太網路延伸器121及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術與該水面控制器110進行訊號傳輸，訊號傳送的速度可達2Mbps，深度可達8000米。該微控制器122連接該第二乙太網路延伸器121及該供電模組123，該供電模組123用以分別提供電源至該微控制器122、該第二乙太網路延伸器121及該水下感測模組124，以啟動該第二乙太網路延伸器121及該水下感測模組124。

請參閱第2圖，在本實施例中，該水下感測模組124具有至少一感測器124a、至少一致動器124b及一網路攝影機(Webcam)124c，由於該第二乙太網路延伸器121可同時具有路由器、橋接器或閘道器的擴充功能，該感測器124a、該制動器124b及該網路攝影機124c可直接電性連接於該第二乙太網路延伸器121，且該感測器124a、該制動器124b及該網路攝影機124c分別接收該供電模組123所提供之電源，其中該感測器124a可選自於深度計、溫度計、鹽度計或聲納…等等，用以進行水下環境資料量測，並可即時且連續地透過該第二乙太網路延伸器121及該雙絞線電纜130傳送水下環境資料至該水面控制系統110。該制動器124b可選自於推進器、照明器或機械手臂…等等，以移動該水下載具、進行補光或進行水底採樣。該網路攝影機124c用以拍攝水下動態或靜態之高畫素影像，並即時且連續地透過該第二乙太網路延伸器121及該雙絞線電纜130傳送高畫素影像至該水面控制系統110。該水下通訊系統120是以對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術將該感測器124a所量測之水下環境資料及該網路攝影機124c所拍攝之水下高畫質影像傳遞至該水面控制系統110，因此藉由即時且高畫質的影像，研究人員可直接下達指令至機械手臂進行採樣或是另外佈放採樣器至水下進行採樣，不僅可減少重覆佈放及回收儀器的步驟，且可確保所採樣之樣品為研究或探勘所需，可大幅減少海底探勘的困難度。

請再參閱第1及2圖，在本實施例中，該水下載具於水下運作的同時，該微控制器122可自動或手動的重新啟動該水下通訊系統120，而進行初步的故障排除，詳言之，可藉由該控制處理器112透過該第一乙太網路延伸器111及該第二乙太網路延伸器121定時傳送一協定字串至該水下通訊系統120之該微控制器122，而當該微控制器122於一預設時間內未收到該協定字串時，也就是該控制處裡器112與該微控制器122之間斷訊時，該微控制器122命令該供電模組123停止提供電源予該第二乙太網路延伸器121及該水下感測模組124，使該第二乙太網路延伸器121及該水下感測模組124關閉後，再由該微控制器122命令該供電模組123重新提供電源予該第二乙太網路延伸器121及該水下感測模組124，以重新啟動該水下通訊系統120進行初步的故障排除而恢復該水面控制系統110與該水下通訊系統120之間的通訊。

此外，該微控制器122透過該第二乙太網路延伸器121偵測該水下感測模組124之訊號傳輸狀況，若該水下感測模組124之訊號傳輸錯誤，例如一段時間中並無訊號輸出或輸出之訊號大於或小於一預設之誤差值時，該微控制器122命令該供電模組123停止提供電源予該水下感測模組124，使該水下感測模組124關閉後，再由該微控制器122命令該供電模組123重新提供電源予該水下感測模組124，以重新啟動該水下感測模組124進行初步的故障排除而恢復該水面控制系統110與該水下感測模組124之間的通訊。

研究人員亦可透過水面控制系統110之該人機介面113直接下達指令至該微控制器122以重新啟動該水下通訊系統120，使得水下通訊系統120若發生故障時，研究人員可直接由水面下達指令進行初步的故障排除，而可減少將該水下載具回收至水面所需花費的時間成本。

請參閱第3及4圖，為本發明之第二實施例，其與第一實施例的差異在於該水下通訊系統120另具有一轉換模組125，這是由於本發明是採用乙太網路進行通訊，但該水下載具所搭載之該感測器124a及該制動器124b可能並非適用於乙太網路通訊之規格，因此，需藉由轉換模組125以連接該第二乙太網路延伸器121與該感測器124a及該制動器124b之間的通訊，請參閱第4圖，在本實施例中，該轉換模組125具有至少一第一轉換器125a及至少一第二轉換器125b，該第一轉換器125a電性連接該第二乙太網路延伸器121及該感測器124a，該第二轉換器125b電性連接該第二乙太網路延伸器121及該制動器124b，該第一轉換器125a為序列通訊/乙太網路轉換器，使該第二乙太網路延伸器121與該感測器124a之間保持通訊，例如以RS232作為序列通訊的深度計、溫度計、鹽度計或聲納皆可透過該第一轉換器125a連結至該第二乙太網路延伸器121。而該第二轉換器125b可選自於類比輸出/乙太網路轉換器或脈衝寬度調變(PWM)/乙太網路轉換器…等等，使該第二乙太網路延伸器121與該制動器124b之間保持通訊，例如以類比電壓控制的推進器或機械手臂以及利用脈衝寬度調變控制亮度的照明器皆可透過該第二轉換器125b連結至該第二乙太網路延伸器121。

請參閱第5圖，為本發明之第三實施例，其與第二實施例的差異在於該轉換模組125具有一集線器125c，其中該網路攝影機124c、該第一轉換器125a及該第二轉換器125b透過該集線器125c電性連接該第二乙太網路延伸器121，可避免若該第二乙太網路延伸器121不具有擴充功能時，可透過該集線器125c連接該網路攝影機124c、該第一轉換器125a及該第二轉換器125b。

本發明藉由乙太網路(Ethernet)、對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)的技術及該雙絞線電纜130進行訊號傳輸，使得該水面控制系統110與該水下通訊系統120可達到長距離及高速的訊號傳遞，而能即時的進行動態影像的傳輸，因此，研究人員可直接憑藉動態影像進行海底樣品的取樣，而可減少作業時間及可能發生的取樣錯誤，可大幅的增加海底探勘的能力。

本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。

100‧‧‧水下載具之通訊裝置
110‧‧‧水面控制系統
111‧‧‧第一乙太網路延伸器
112‧‧‧控制處理器
113‧‧‧人機介面
120‧‧‧水下通訊系統
121‧‧‧第二乙太網路延伸器
122‧‧‧微控制器
123‧‧‧供電模組
124‧‧‧水下感測模組
124a‧‧‧感測器
124b‧‧‧致動器
124c‧‧‧網路攝影機
125‧‧‧轉換模組
125a‧‧‧第一轉換器
125b‧‧‧第二轉換器
125c‧‧‧集線器
130‧‧‧雙絞線電纜

第1圖：依據本發明之第一實施例，一種水下載具之通訊裝置之方塊圖。 第2圖：依據本發明之第一實施例，該水下載具之通訊裝置之方塊圖。 第3圖：依據本發明之第二實施例，一種水下載具之通訊裝置之方塊圖。 第4圖：依據本發明之第二實施例，該水下載具之通訊裝置之方塊圖。 第5圖：依據本發明之第三實施例，一種水下載具之通訊裝置之方塊圖。

100‧‧‧水下載具之通訊裝置

110‧‧‧水面控制系統

111‧‧‧第一乙太網路延伸器

112‧‧‧控制處裡器

113‧‧‧人機介面

120‧‧‧水下通訊系統

121‧‧‧第二乙太網路延伸器

122‧‧‧微控制器

123‧‧‧供電模組

124‧‧‧水下感測模組

130‧‧‧雙絞線電纜

Claims (11)

1. 一種水下載具之通訊裝置，其包含： 一水面控制系統，其以一第一乙太網路延伸器及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術進行訊號傳輸；以及 一水下通訊系統，其於水下進行運作，該水下通訊系統具有一第二乙太網路延伸器，該第二乙太網路延伸器是經由一雙絞線電纜(Twisted pair)與該第一乙太網路延伸器電性連接，且該水下通訊系統以該第二乙太網路延伸器及對稱式高速數位用戶迴路(Symmetrical high-speed digital subscriber line)之技術與該水面控制器進行訊號傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水面控制系統具有一控制處理器，該水下通訊系統具有一微控制器，其中該控制處理器透過該第一乙太網路延伸器及該第二乙太網路延伸器定時傳送一協定字串至該水下通訊系統之該微控制器，當該微控制器於一預設時間內未收到該協定字串時，該微控制器重新啟動該水下通訊系統。
3. 如申請專利範圍第2項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水下通訊系統具有一供電模組及一水下感測模組，該供電模組用以分別提供電源至該微控制器、該第二乙太網路延伸器及該水下感測模組。
4. 如申請專利範圍第3項所述之水下載具之通訊裝置，其中該微控制器重新啟動該水下通訊系統是由該微控制器命令該供電模組停止提供電源予該第二乙太網路延伸器及該水下感測模組，使該第二乙太網路延伸器及該水下感測模組關閉後，再由該微控制器命令該供電模組重新提供電源予該第二乙太網路延伸器及該水下感測模組。
5. 如申請專利範圍第1項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水下通訊系統具有一供電模組及一水下感測模組，該供電模組用以分別提供電源至該微控制器、該第二乙太網路延伸器及該水下感測模組，該微控制器透過該第二乙太網路延伸器偵測該水下感測模組之訊號傳輸狀況，若該水下感測模組之訊號傳輸錯誤，該微控制器命令該供電模組停止提供電源予該水下感測模組，使該水下感測模組關閉後，再由該微控制器命令該供電模組重新提供電源予該水下感測模組，以重新啟動該水下感測模組。
6. 如申請專利範圍第4項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水下感測模組至少具有至少一感測器、至少一致動器及一網路攝影機(Webcam)，該感測器、該制動器及該網路攝影機電性連接該第二乙太網路延伸器，且該感測器、該制動器及該網路攝影機分別接收該供電模組所提供之電源。
7. 如申請專利範圍第6項所述之水下載具之通訊裝置，其中該感測器可選自於深度計、溫度計、鹽度計或聲納，該制動器可選自於推進器、照明器或機械手臂。
8. 如申請專利範圍第6項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水下通訊系統另具有一轉換模組，該轉換模組具有至少一第一轉換器及至少一第二轉換器，該第一轉換器電性連接該第二乙太網路延伸器及該感測器，該第二轉換器電性連接該第二乙太網路延伸器及該制動器。
9. 如申請專利範圍第8項所述之水下載具之通訊裝置，其中該轉換模組具有一集線器，該第一轉換器及該第二轉換器透過該集線器電性連接該第二乙太網路延伸器。
10. 如申請專利範圍第8項所述之水下載具之通訊裝置，其中該第一轉換器為序列通訊/乙太網路轉換器，該第二轉換器可選自於類比輸出/乙太網路轉換器或脈衝寬度調變(PWM)/乙太網路轉換器。
11. 如申請專利範圍第1項所述之水下載具之通訊裝置，其中該水面控制系統具有一人機介面，該人機介面用以輸入一控制訊號至該控制處理器及顯示該控制處理器由該第一乙太網路延伸器接收之資料。