专利名称：一种基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种遥控水下机器人的中继器视频传输与数据通信技术，具体地说是一种通过双绞线完成水面对中继器的控制以及中继器视频的传输与显示的基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置。
背景技术：
遥控水下机器人是一种工作在海中的设备，通常它有三个部分组成，水面单元、中继器和潜水器。水面单元与中继器之间主要通过绞车由铠缆连接，中继器与潜水器之间通过系缆连接。具体的见图1。水面单元主要用来操作潜水器和中继器，并把潜水器和中继器上的视频和传感器等信息通过监视器和人机界面显示出来。铠缆和系缆内部都包含动力线、双绞线和光纤，铠缆外部有铠装层，为承重缆，承担着潜水器和中继器的重量，系缆为非承重缆，在水中接近零浮力。中继器通过铠缆把潜水器施放到某一作业水深，潜水器脱离中继器，通过控制中继器上的系缆绞车，收放系缆，
使得潜水器具有一定的作业半径。中继器上通常安装有一台摄像机、2个水下灯及几个电磁阀，因此，无论是在视频传输和数据通信上负载量都不是很大。传统的中继器系统采用铠缆中的1根同轴向水面传输视频， 一根双绞线传数据。同轴传输视频受到传输距离的限制，通常的范围在几百米以下，而数据通常釆用RS-485或CAN总线通过双绞线进行传输，传输的距离最长也不过1200米左右，显然中继器釆用上述方式向水面单元传输视频和数据均受到长度方面的限制，随着海洋事业的发展，对水下机器人的需求也随之提高，要求水下机器人向更深、多功能和网络化方向发展，因此传统的中继器系统的视频和数据传输远远不能满足水下机器人发展的需要。现代光纤技术的发展，在水下机器人的中继器上也可应用，但由于水下釆用光纤传输需要水密光缆和光多路复用器等设备，使得成本非常高，通常是在潜水器上应用光纤，因为潜水器上的视频源多，控制的数据量大。中继器若不采用光纤，也可以使用双绞线釆用调制解调技术，使视频和数据传输达到几千米，但是视频和数据各占用一对双绞线，在铠缆长度短时，两对双绞线从占用铠缆的空间和增加铠缆的重量方面的矛盾还不算突出，但是距离长时，会使铠缆的重量增加，占用空间也变大，而且两对双绞线还要使用不同的类型的调制解调设备，这增加了中继器部分电子舱的安装空间和重量，而且也增加了成本与不可靠性。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种采用一对双绞线传输视频和数据的遥控水下机器人中继器控制装置，既可以将中继器的视频传输到水面，又可以实现水面对中继器信号的釆集和控制。
为解决上述技术问题，本发明釆用的技术方案是
本发明基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置，该水下机器人具有水面单元、中继器及潜水器，其特征在于分别在水面单元及中继器
建立以太网，水面单元的以太网和水下中继器的以太网经主、从调制解调
器通过一对双绞线连接起来，构成一个统一的以太网络传输视频信号和控
制信号。
所述水面单元的以太网由主控计算机的网口、 1/0釆集节点的网口、视
频解码器的网口以及主调制解调器的网口分别与水面单元中的网络交换机
的网口连接构成；所述水下中继器的以太网由中继器的I/O釆集及输出节点
的网口 、视频编码器的网口以及从调制解调器的网口分别与中继器中的网
络交换机的网口相连构成；所述双绞线设于铠缆中，并通过该双绞线将中继器中的视频和信号传到水面单元，同时水面单元也通过该双绞线实现对中继器的控制。
本发明具有以下有益效果及优点
1. 减轻重量，减少安装空间。本发明基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置用釆用一对双绞线进行视频和数据传输，节省了铠缆中双绞线的资源，降低了铠缆的重量和减小了铠缆的直径，同时也节省了水面储
存铠缆的绞车的大小和空间；
2. 传输距离远。本发明利用主、从调制解调器，在一对双绞线上把以
太网的传输距离进行延长，可达到几千米，这样使得基于以太网技术的视频和控制得以实现，不但节省了原有方式中的一对双绞线而且传输距离也
比原来传统的同轴和双绞线方式传的更远；
3. 可通过以太网观看水下视频。本发明利用基于以太网技术的视频编码器和解码器，不但能够将中继器上的视频在水面还原成监视器直接显示的信号，而且也可以通过以太网在计算机上直接浏览数字格式的视频，这样可以方便的进行视频的存储或通过以太网在连网的其它计算机上观看视频，非常方便；
4. 增加了系统的可扩展性。本发明的水面单元与中继器控制之间也釆用以太网进行数据釆集和进行中继器执行机构的控制，系统的可扩展性和程序的可继承、可移植性大大增强；
5. 结构简单。本发明水面单元和水下中继器均釆用以太网通信技术，使得整个控制系统结构简单，构成了基于以太网技术的分布式控制系统，减少了系统的接口类型和连线，符合现代技术的发展趋势，该种装置可应用在其它相关类似的场合。
图1为遥控水下机器人的组成结构示意图；图2为本发明中继器控制装置组成框图。
具体实施例方式
如图l所示，为遥控水下机器人的组成示意图，主要包括3个部分水面单元、中继器和潜水器，水面单元通过铠缆与中继器相连，潜水器通过系缆与中继器相连。铠缆和系缆内部均有动力线、双绞线和光纤等。动力线用来从水面向中继器和潜水器传送动力，双绞线用来传送数据或信号，光纤用来传输视频和数据。铠缆外面为铠装层，铠缆的主要作用为传输动力和信号，辅助作用是作为承重缆，用来起吊中继器和潜水器。水下机器人工作时是先通过施放铠缆，将中继器和潜水器一同施放到海下指定作业水深，潜水器脱离中继器，同时再通过施放中继器中的系缆，操作潜水器使它游离中继器进行观察和作业。系缆一般在海水中为零浮力缆，这样潜水器工作时，系缆不会对潜水器造成较大的干扰。
本发明釆用以太网作为水面与中继器进行视频和数据传输的核心，水面的网络节点有主控计算机、I/O釆集节点、视频解码器，水下的网络节
点有i/o釆集及输出节点和视频编码器，水面单元与水下的中继器釆用一对
双绞线进行网络扩展和网络连接，使中继器上的视频通过基于以太网的视频编码器和视频解码器进行传输与显示，水面单元与中继器也由主控计算
机通过以太网完成信号釆集及执行机构的控制。
如图2所示，为水面单元和中继器的系统组成框图，它主要由水面单元和水下两部分构成。水面单元主要包括主控计算机、1/0釆集节点、操作面板、视频解码器、监视器、主调制解调器以及网络交换机等；水下部分即中继器包括i/o釆集及输出节点、视频编码器和从调制解调器、摄像机以及网络交换机等构成。水面单元的操作面板与i/o釆集节点相连，由I/0采集
节点釆集操作面板上的命令；视频解码器的视频输出口与监视器连接，由监视器显示视频图像；水面单元主控计算机的网口、 1/0釆集节点的网口、视频解码器的网口以及主调制解调器的网口分别与水面单元中的网络交换机的网口连接，构成水面单元的以太网络；水下部分的i/0釆集及输出节点用来釆集和控制中继器中的传感器和执行机构；视频编码器的视频输入端
与中继器中的摄像机相连；中继器的l/0釆集及输出节点的网口、视频编码器的网口以及从调制解调器的网口分别与中继器的网络交换机的网口相连，构成水下中继器的以太网络。水面单元的主调制解调器的另一接口(LINE)端，接水面铠缆中的一对双绞线，中继器的从调制解调器的接口(LINE)端接中继器上铠缆里与水面单元对应的那一对双绞线，这样水面单元的以太网和水下中继器的以太网通过主、从调制解调器经一双绞线连接起来，构成一个统一的以太网络。借助这个以太网络，中继器的摄像机视频输入到视频编码器，经以太网传到水面单元，水面单元的视频解码器将视频编码器的数据还原成监视器显示的实时视频图像。水面单元对中继器的控制是由水面单元的i/o釆集节点釆集操作面板的开关命令，由主控计
算机通过以太网读取水面单元I/0节点的数据，经过程序处理，将控制命令
通过以太网传到水下中继器的i/o采集及输出节点，从而控制中继器上的执 行机构，并把中继器i/o采集及输出节点所采集的传感器的数据读到水面单
元的主控计算机，经过处理后在水面单元的人机界面上进行显示。
权利要求
1.一种基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置，其特征在于分别在水下机器人的水面单元及中继器建立以太网，水面单元的以太网和水下中继器的以太网经主、从调制解调器通过一对双绞线连接起来，构成一个统一的以太网络传输视频信号和控制信号。
2. 按权利要求1所述的基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装 置，其特征在于所述水面单元的以太网由主控计算机的网口、 1/0釆集节 点的网口 、视频解码器的网口以及主调制解调器的网口分别与水面单元中 的网络交换机的网口连接构成。
3. 按权利要求1所述的基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装 置，其特征在于所述水下中继器的以太网由中继器的I/0釆集及输出节点 的网口 、视频编码器的网口以及从调制解调器的网口分别与中继器中的网 络交换机的网口相连构成。
4. 按权利要求1所述的基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装 置，其特征在于所述双绞线设于铠缆中，并通过该双绞线将中继器中的 视频和信号传到水面单元，同时水面单元也通过该双绞线实现对中继器的 控制。
全文摘要
本发明涉及一种基于双绞线的遥控水下机器人中继器控制装置，分别在水下机器人的水面单元及中继器建立以太网，水面单元的以太网和水下中继器的以太网经主、从调制解调器通过一对双绞线连接起来，构成统一的以太网络传输视频信号和控制信号；所述水面单元的以太网由主控计算机的网口、I/O采集节点的网口、视频解码器的网口以及主调制解调器的网口分别与水面单元中的网络交换机的网口连接构成；所述水下中继器的以太网由中继器的I/O采集及输出节点的网口、视频编码器的网口以及从调制解调器的网口分别与中继器中的网络交换机的网口相连构成。本发明节省了水面储存铠缆的绞车大小和空间；传输距离远，增加了系统的可扩展性。
文档编号H04N7/10GK101552899SQ20081001088
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者崔胜国, 王晓辉, 洋 赵, 威 郭 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所