基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统，由在线监控装置、两套控制系统和三组独立的太阳能发电装置组成，两套控制系统分别拥有嵌入式控制器、导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置。正常情况下，以一套系统为主工作，另一套系统处于热备份状态；在线监控装置监控并协调两套系统的工作，定时获取两套系统的状态信息，当发现哪个系统工作异常后，可对该系统实施重新上电操作，使系统恢复工作正常，如果主系统出现异常且不可恢复，在线监控装置可以切换主备系统；控制系统定时将观测平台的状态信息传到岸基监控系统，以便岸上人员进行远程控制和管理，发现问题及时处理。

【技术实现步骤摘要】
基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统
本专利技术涉及海洋移动观测平台控制系统，特别是涉及基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统。
技术介绍
随着探索海洋步伐的加快，人们越来越认识到占地球75%面积的海洋必将成为人类生存和发展的新领域，将对人类发展和社会进步起到重要作用。近年来，海洋移动观测平台得到广泛应用，出现了许多新技术和新产品。基于波浪能推动的自主航行观测平台从2005年诞生至今，得到迅猛发展。基于波浪能推动的自主航行观测平台是一种新型海洋环境监测平台，它利用波浪起伏直接转换为前向推进，采用太阳能为系统能源，通过搭载各种类型科学传感器，完成长时间全球海洋巡航调查作业。基于波浪能推动的自主航行观测平台为人类观察和了解世界海洋开辟了崭新的途径，实现了大尺度、长时序的海洋调查，与传统的调查方式相比节约了大量人力、物力和财力，而且可实现对恶劣环境和敏感区域的调查。基于波浪能推动的自主航行观测平台发展趋势朝着实用化、综合技术体系化方向发展，且功能日益完善。基于波浪能推动的自主航行观测平台的最大技术挑战来自可靠性和自主性。现有的基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统由嵌入式控制器、导航装置、定位装置、通信装置、太阳能发电装置、调向装置和测量装置组成。由于基于波浪能推动的自主航行观测平台工作时间长、作业距离远，海洋环境复杂多变且恶劣，系统的可靠性显得尤为重要，现有的观测平台由单一控制系统组成，观测平台任何装置出现故障都可能的无法完成任务，造成无可挽回的损失，这也成为制约现有技术发展的主要因素。
技术实现思路
针对基于波浪能推动的自主航行观测平台工作时间长、距离远、环境复杂、可靠性要求高等问题，本专利技术推出一种新的基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统，由在线监控装置、控制系统A、控制系统B和三组独立的太阳能发电装置组成，控制系统A和控制系统B分别拥有:嵌入式控制器、导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置，三组发电装置分别给在线监控装置、控制系统A和控制系统供电。正常情况下，以控制系统A为主工作，完成观测平台的导航、定位、通信、传感器测量工作；控制系统B处于热备份状态，控制系统B的只有嵌入式控制器、平台内部状态监测装置和测量装置工作，其它部分不工作，控制系统B将传感器测量的特征数据和状态信息通过串口传送到控制系统A，由控制系统A汇总后发送到岸基监控系统；在线监控装置监控并协调控制系统A和控制系统B的工作，定时获取控制系统A和控制系统B的状态信息，当发现哪个系统工作异常后，可对该系统实施重新上电操作，使系统恢复工作正常，如果控制系统A出现异常且不可恢复，在线监控装置可以切换主备系统，保障系统工作正常；控制系统定时将观测平台的状态信息传到岸基监控系统，以便岸上人员进行远程控制和管理，发现问题及时处理。通过以上措施可提高观测平台的可靠性。基于波浪能推动的自主航行观测平台由舟型浮体和水下滑行装置组成，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接，观测平台与岸基监控系统通过无线通信装置通信，观测平台可响应岸基监控系统的命令，同时将测量数据的特征值和观测平台的状态信息发送到岸基监控系统。舟型浮体分为前舱、中舱和后舱。前舱、中舱和后舱分别独立密封，前舱、中舱和后舱各安装一组太阳能发电装置，由三组太阳能发电装置独立供电，前舱、中舱和后舱的连线通过水密接插件连接。舟型浮体前端和后端分别安装避雷针，防止直击雷，直击雷具有电压高、电流大的特点，其破坏性极大，一般使用避雷针可以达到防雷效果。舵机安装在水下滑行装置的尾部，观测平台的控制系统可通过调向装置调整水下滑行装置舵机的方向，实现观测平台的方向调整前舱安装控制系统A和太阳能发电装置A。太阳能发电装置A安装在前舱表面，控制系统A安装在前舱舱内上部。太阳能发电装置A为控制系统A提供电源，在线监控装置通过电磁继电器控制工作电源的上电、掉电。控制系统A与在线监控装置的连线通过水密电缆连接。中舱安装在线监控装置和太阳能发电装置C。太阳能发电装置C安装在中舱表面，在线监控装置安装在中舱舱内上部。太阳能发电装置C为在线监控装置提供电源。后舱安装控制系统B和太阳能发电装置B。太阳能发电装置B安装在后舱表面，控制系统B安装在后舱舱内上部。太阳能发电装置B为控制系统B提供电源，在线监控装置通过电磁继电器控制工作电源的上电、掉电。控制系统B与在线监控装置的连线通过水密电缆连接。在线监控装置与控制系统A和控制系统B的连线都为4根通过水密接插件连接；在线监控装置通过一个输出接口连接到控制系统的继电器控制端，控制工作电源的上电、掉电；在线监控装置通过另一个输出接口与控制系统的嵌入式控制器的输入接口连接，向控制系统发送控制信息；在线监控装置通过一个输入接口与嵌入式控制器的输出接口连接，接收控制系统的状态信息；最后一根连线为信号地。在线监控装置监控并协调控制系统A和控制系统B的工作，定时向控制系统A和控制系统B的发送控制信息；定时获取控制系统A和控制系统B的工作状态和舱内环境状态；当发现哪个系统工作状态异常后，可对该系统采取重新上电操作，使系统恢复工作正常；如果控制系统A出现异常且不可恢复，在线监控装置可以启用控制系统B作为主系统；在线监控装置发现电源工作异常后，可通过继电器及时切断故障电路，对故障电路实施隔离，有效保护观测平台的其它设备，维持平台正常工作。在线监控装置与控制系统A和控制系统B通过输入/输出接口(I/O 口)交换信息，采用同步数据传输方式，结构简单，无需外围电路，而且方便扩充。在线监控装置可定时获取控制系统A和控制系统B的工作状态，当发现系统电压过低或温度过高时，可改变系统的工作方式，进入低功耗模式，适当降低通信和采样频率，关闭部分电源；当发现系统工作异常后，可对该系统实施重新上电操作，使系统恢复工作正常；如果系统异常且不可恢复，在线监控装置可以切换主备系统。如果观测平台舱体内部电压出现异常情况，要根据电压的异常程度分别进行处理。如果监测电压只是轻微异常，可以只向岸基监控系统和在线监控装置送低电压报警，如果监测电压出现严重异常，有可能损害观测平台内部器件，要立即切断对外所有负载系统的供电，并向岸基监控系统和在线监控装置发送电压故障报警信息，采取进一步处理。如果观测平台舱体内部温度出现异常情况，要根据温度的异常程度分别进行过热报警、故障报警、切断供电等操作。如果监测温度只是轻微异常，可以只向岸基监控系统和在线监控装置送过热报警，如果监测温度出现严重异常，有可能损害观测平台内部器件，要立即切断对外所有负载系统的供电，并向岸基监控系统和在线监控装置发送温度故障报警信息，采取进一步处理。如果是观测平台舱体出现漏水情况，整个系统将无法正常工作。因此，一旦监测到观测平台的某个舱体出现漏水情况，要及时岸基监控系统和在线监控装置发送漏水报警信息，并由在线监控装置关闭漏水舱体的电源，将漏水舱体隔离，以免对整个观测平台产生影响甚至破坏。控制系统A和控制系统B通过串行接口交换信息。主系统定时从备份系统获得测量的传感器特征数据和工作状态，如果主系统的部分装置工作不正常，也可以通过串行接口向备份控制系统B发送命令，开启相应装置，获取相应的数据。主系统定时将测量装置的特征数据和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统，所述自主航行观测平台包括舟型浮体、水下滑行装置，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接，舟型浮体分为前舱、中舱和后舱，前舱、中舱和后舱分别独立密封，其特征在于：所述自主航行观测平台控制系统包括在线监控装置、控制系统A、控制系统B和太阳能发电装置，前舱安装控制系统A和太阳能发电装置A，中舱安装在线监控装置和太阳能发电装置C，后舱安装控制系统B和太阳能发电装置B，在线监控装置通过水密电缆连接控制系统A和控制系统B；控制系统A和控制系统B分别包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置组成，嵌入式控制器通过串行接口与导航装置、定位装置、通信装置和测量装置连接，嵌入式控制器通过输入/输出接口与平台内部状态监测装置和调向装置连接，嵌入式控制器通过电源管理装置控制导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置的上电和掉电。

【技术特征摘要】
1.一种基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统，所述自主航行观测平台包括舟型浮体、水下滑行装置，舟型浮体和水下滑行装置通过脐带缆连接，舟型浮体分为前舱、中舱和后舱，前舱、中舱和后舱分别独立密封，其特征在于:所述自主航行观测平台控制系统包括在线监控装置、控制系统A、控制系统B和太阳能发电装置，前舱安装控制系统A和太阳能发电装置A，中舱安装在线监控装置和太阳能发电装置C，后舱安装控制系统B和太阳能发电装置B，在线监控装置通过水密电缆连接控制系统A和控制系统B ;控制系统A和控制系统B分别包括嵌入式控制器、导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置组成，嵌入式控制器通过串行接口与导航装置、定位装置、通信装置和测量装置连接，嵌入式控制器通过输入/输出接口与平台内部状态监测装置和调向装置连接，嵌入式控制器通过电源管理装置控制导航装置、定位装置、通信装置、调向装置、平台内部状态监测装置和测量装置的上电和掉电。2.根据权利要求1所述的基于波浪能推动的自主航行观测平台控制系统，其特征在于，在线监控装置内置单片机，单片机通过输入输出接口连接控制系统A和控制系统B;单片机采用工业级芯片PIC12F508作...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颉，杨逍，吕九红，路亚娟，张华勇，孙秀军，张选明，
申请(专利权)人：国家海洋技术中心，
类型：发明
国别省市：天津;12