本發(fā)明涉及一種液艙水位調(diào)節(jié)智能驅(qū)動(dòng)控制器及控制方法，屬于電氣控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大多數(shù)的潛航器是采用泵式注排水的方式來(lái)調(diào)整液艙內(nèi)部水量，提供變化的重量，從而實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)的浮力。其中驅(qū)動(dòng)控制器是泵式注排水液艙系統(tǒng)的重要一環(huán)，作用是接收潛航器給出的注排水命令，并可靠地輸出電磁閥和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的電壓信號(hào)?，F(xiàn)有的潛航器一般是直接參與液艙的浮力調(diào)節(jié)，也就是潛航主控器直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，監(jiān)測(cè)液艙水位。這種結(jié)構(gòu)雖然是直接的、有效的，但是當(dāng)主控制器故障，或者出現(xiàn)主控器與驅(qū)動(dòng)電路斷開連接的情況時(shí)，浮力控制系統(tǒng)將會(huì)徹底失效。這樣不僅給液艙水位調(diào)節(jié)操作帶來(lái)了不便，同時(shí)也威脅了潛航器的自身安全。因此需要一種智能的驅(qū)動(dòng)控制器，分擔(dān)主控器的液位信息采集工作，執(zhí)行主控器注、排驅(qū)動(dòng)命令，兼有主控故障下智能控制與自我保護(hù)的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種液艙水位調(diào)節(jié)智能驅(qū)動(dòng)控制器，以實(shí)現(xiàn)為潛航器主系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)液位、驅(qū)動(dòng)注排水系統(tǒng)的能力。

本發(fā)明另一目的在于提供一種液艙水位調(diào)節(jié)智能驅(qū)動(dòng)控制器的控制方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種液艙水位調(diào)節(jié)智能驅(qū)動(dòng)控制器，包括單片機(jī)控制電路、光耦隔離電路、電源模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路、RS485通訊電路及位移傳感器；所述單片機(jī)控制電路分別與位移傳感器接口、RS485通訊電路、光耦隔離電路相連，所述RS485通訊電路與外圍通訊接口相連，所述光耦隔離電路與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路相連；所述電磁閥驅(qū)動(dòng)電路與外圍電磁閥接口相連；所述繼電器開關(guān)電路與外圍電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連；所述電源模塊為單片機(jī)控制電路、RS485通訊電路、光耦隔離電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路以及外圍傳感器供電。

所述單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)、ISP下載接口及復(fù)位電路；單片機(jī)采用的型號(hào)為ATmega128L，晶振為8MHz，單片機(jī)采集液位位移信息，運(yùn)用ATmega128L的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），接收傳感器的數(shù)字信號(hào)，并對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理、液位數(shù)值轉(zhuǎn)換；通訊采用單片機(jī)的USART功能，以中斷方式接收主系統(tǒng)命令，接收數(shù)據(jù)的同時(shí)返回給主系統(tǒng)一個(gè)液位數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，RS485通訊電路采用型號(hào)為AMD2587E的數(shù)字隔離芯片，用于通訊電平轉(zhuǎn)換。

優(yōu)選地，光耦隔離電路的光耦隔離芯片采用型號(hào)為TLP521，與其相連的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，功率驅(qū)動(dòng)管采用型號(hào)為IRF540的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選地，繼電器開關(guān)電路有兩路，分別用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行與停機(jī)、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，繼電器采用型號(hào)為HFD4/24-S，用型號(hào)為S8050的NPN來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。

本發(fā)明的控制方法包括下述步驟：

驅(qū)動(dòng)控制器與主系統(tǒng)RS485實(shí)時(shí)通訊，接收到主系統(tǒng)指令或計(jì)算機(jī)的注排水控制指令時(shí)，觸發(fā)USART接收中斷程序，讀取通訊內(nèi)容，并將液位數(shù)據(jù)回饋給主系統(tǒng)；如果水位超出保護(hù)限值，設(shè)置保護(hù)狀態(tài)標(biāo)志位，實(shí)行保護(hù)機(jī)制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電磁閥動(dòng)作；如果水位未超出保護(hù)限值，則清除保護(hù)狀態(tài)標(biāo)志位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電磁閥動(dòng)作。

所述的保護(hù)機(jī)制，即控制器屏蔽來(lái)自主系統(tǒng)的違規(guī)動(dòng)作指令，具體步驟為，水位已達(dá)上限，則設(shè)置滿水狀態(tài)標(biāo)志位，屏蔽吸水相關(guān)指令；水位未達(dá)上限，則設(shè)置空水狀態(tài)標(biāo)志位，屏蔽排水相關(guān)指令。

本發(fā)明達(dá)到的積極效果：本發(fā)明提供的智能驅(qū)動(dòng)控制器，具備精確測(cè)量液艙內(nèi)部水量、驅(qū)動(dòng)控制注排水執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電源變換、以及與主系統(tǒng)通訊的能力。驅(qū)動(dòng)器硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、精煉，軟件方案完善、合理，輔助系統(tǒng)獲得良好的實(shí)時(shí)性。

本驅(qū)動(dòng)控制器兼具自主的容錯(cuò)機(jī)制，為液艙的安全加一道防線，實(shí)現(xiàn)更加智能化的驅(qū)動(dòng)作業(yè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意框圖。

圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)控制器的采樣原理工作流程圖。

圖3是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)控制器的工作流程圖。

圖4是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)控制器的保護(hù)機(jī)制工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖內(nèi)容和具體實(shí)例對(duì)本專利進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例

如圖1所示，一種液艙水位調(diào)節(jié)智能驅(qū)動(dòng)控制器，包括單片機(jī)控制電路、光耦隔離電路、電源模塊、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路、RS485通訊電路及位移傳感器；所述單片機(jī)控制電路分別與位移傳感器接口、RS485通訊電路、光耦隔離電路相連，所述RS485通訊電路與外圍通訊接口相連，所述光耦隔離電路與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路相連；所述電磁閥驅(qū)動(dòng)電路與外圍電磁閥接口相連；所述繼電器開關(guān)電路與外圍電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連；所述電源模塊為單片機(jī)控制電路、RS485通訊電路、光耦隔離電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路、繼電器開關(guān)電路以及外圍傳感器供電。

所述單片機(jī)控制電路包括單片機(jī)、ISP下載接口及復(fù)位電路；單片機(jī)采用的型號(hào)為ATmega128L，晶振為8MHz，單片機(jī)采集液位位移信息，運(yùn)用ATmega128L的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），接收傳感器的數(shù)字信號(hào)，并對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理、液位數(shù)值轉(zhuǎn)換；通訊采用單片機(jī)的USART功能，以中斷方式接收主系統(tǒng)命令，接收數(shù)據(jù)的同時(shí)返回給主系統(tǒng)一個(gè)液位數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，RS485通訊電路采用型號(hào)為AMD2587E的數(shù)字隔離芯片，用于通訊電平轉(zhuǎn)換。

優(yōu)選地，光耦隔離電路的光耦隔離芯片采用型號(hào)為TLP521，與其相連的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路，功率驅(qū)動(dòng)管采用型號(hào)為IRF540的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選地，繼電器開關(guān)電路有兩路，分別用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行與停機(jī)、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，繼電器采用型號(hào)為HFD4/24-S，用型號(hào)為S8050的NPN來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作。

單片機(jī)作為核心控制芯片，主要完成整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)算與控制。運(yùn)算內(nèi)容包括數(shù)字濾波、電壓與位移數(shù)值轉(zhuǎn)換，位移與液位數(shù)值的轉(zhuǎn)換?？刂苾?nèi)容包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、USART通訊、I/O口輸出驅(qū)動(dòng)閥門與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。液位數(shù)據(jù)采集中斷流程如圖2所示。

控制方法流程圖如圖3所示。驅(qū)動(dòng)控制器與主系統(tǒng)RS485實(shí)時(shí)通訊，接收到主系統(tǒng)指令或計(jì)算機(jī)的注排水控制指令時(shí)，觸發(fā)USART接收中斷程序，讀取通訊內(nèi)容，并將液位數(shù)據(jù)回饋給主系統(tǒng)。同時(shí)單片機(jī)核心處理器依據(jù)收到的注排水命令，利用4個(gè)I/O口分別控制電磁閥1、電磁閥2、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行/停止、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)，其工作流程如圖3所示。

如果水位超出保護(hù)限值，設(shè)置保護(hù)狀態(tài)標(biāo)志位，實(shí)行保護(hù)機(jī)制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電磁閥動(dòng)作；如果水位未超出保護(hù)限值，則清除保護(hù)狀態(tài)標(biāo)志位，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電磁閥動(dòng)作。

驅(qū)動(dòng)控制器還具有容錯(cuò)的保護(hù)機(jī)制，其工作流程如圖4所示。保護(hù)兩種極限情況，即當(dāng)液艙滿水狀態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)器依然接收到注水命令，或者當(dāng)液艙空水狀態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)器依然接收排水命令，此種情況下若繼續(xù)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)會(huì)使艙內(nèi)壓力持續(xù)變化，易使恒壓液艙的彈性形變，威脅浮力系統(tǒng)的安全。

所述的保護(hù)機(jī)制，即控制器屏蔽來(lái)自主系統(tǒng)的違規(guī)動(dòng)作指令，具體步驟為，水位已達(dá)上限，則設(shè)置滿水狀態(tài)標(biāo)志位，屏蔽吸水相關(guān)指令；水位未達(dá)上限，則設(shè)置空水狀態(tài)標(biāo)志位，屏蔽排水相關(guān)指令。

本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，不受具體實(shí)施例所限制。