專利名稱：水下燈調(diào)光系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及水下機器人水下燈的調(diào)光技術(shù)，具體說是一種采用數(shù) 字傳輸技術(shù)，遠距離調(diào)節(jié)水下機器人上設(shè)置水下燈亮度的調(diào)光系統(tǒng)。 技術(shù)背景
水下機器人是一種工作在海中的設(shè)備，在它的上面安裝有多臺水下攝 像機，而攝像機要觀察海里的情況，需要水下燈提供照明，由于不同海域、 不同季節(jié)，海水中的能見度不同，而且，隨著攝像機距離要觀察目標(biāo)的不 同，圖像的清晰度也不相同，因此水下機器人上不同位置的攝像機所需要 的燈光亮度也不相同。常規(guī)的水下機器人上水下燈亮度的調(diào)節(jié)采用水面上 可調(diào)壓的變壓器改變電壓來實現(xiàn)，該種方法的缺點是若改變電壓，所有水 下機器人上的燈光全部改變，這導(dǎo)致其它已經(jīng)調(diào)好的攝像機照明的改變， 從而造成所觀察目標(biāo)的視頻效果不好，而且由于水面到水下機器人載體的 傳輸距離非常長，傳輸路徑上的電阻很大，消耗了不必要的電能，從這個 意義上來說，對大深度的水下機器人也是一個瓶頸。隨著海洋事業(yè)的發(fā)展， 完成的使命也日趨復(fù)雜，要求對水下機器人配備更多的水下攝像機，傳統(tǒng) 的水下燈調(diào)光方式無法同時滿足水下機器人上多臺攝像機對燈光的需求。

實用新型內(nèi)容
為了克服上述不足，本實用新型的目的是提供一種實用的水下燈調(diào)光 系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有模塊化、接口安全、設(shè)計簡單的特點，可實現(xiàn)燈光的全 范圍單燈、連續(xù)調(diào)節(jié)，可遠程調(diào)光，調(diào)光裝置之間彼此不受干擾。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案包括I/O采集及輸出 模塊、主控計算機、水下燈調(diào)光裝置，主控計算機通過以太網(wǎng)接收來自水 面的I/O采集及輸出模塊的控制信號，將處理后的控制信號通過連接有光多 路復(fù)用器的光纖送到水下的I/O采集及輸出模塊，水下的I/O采集及輸出模 塊根據(jù)主控計算機命令將電源控制信號和燈光調(diào)節(jié)信號輸出到模塊化設(shè)置 的水下燈調(diào)光裝置，從而實現(xiàn)燈光的調(diào)整；
其中所述水下燈調(diào)光裝置包括主控制器、隔離電路及調(diào)節(jié)電路，其中 所述主控制器經(jīng)過隔離電路接收水下的I/O采集及輸出模塊的調(diào)節(jié)信號，輸
出兩路脈沖信號經(jīng)光電耦合電路至調(diào)節(jié)電路控制端，控制電壓的輸出；所 述調(diào)節(jié)電路經(jīng)隔離電路接電源(作為電源控制信號)，并經(jīng)過光電耦合電路 接收主控制器的燈光調(diào)節(jié)信號，輸出調(diào)節(jié)后的電源信號至水下燈。主控制 器的水下電源同步信號經(jīng)第二電阻和反并聯(lián)第一 二二極管串聯(lián)取樣。
主控制器與光電耦合電路之間加設(shè)發(fā)光二極管，用于調(diào)試指示； 光電耦合電路與調(diào)節(jié)電路之間加設(shè)二極管，用于保護光電耦合電路； 主控制器與水下的I/O采集及輸出模塊間的隔離電路采用隔離運算放 大器；
調(diào)節(jié)電路為第一 二可控硅反并聯(lián)結(jié)構(gòu)， 一端接由繼電器構(gòu)成的隔離電 路，另一端接水下燈。
本實用新型具有如下優(yōu)點
1. 安全性高。本實用新型的電源控制端和燈光調(diào)節(jié)控制端與水下燈的 主控制器電源采用完全隔離的技術(shù)，因此，安全性高。2. 本實用新型采用電阻和二極管實現(xiàn)主控制器的脈沖同步，可省去傳 統(tǒng)電路上采用的同步變壓器來實現(xiàn)電源同步信號輸入，節(jié)省了同步變壓器 和相應(yīng)的導(dǎo)線，提高了該裝置的可靠性。
3. 本實用新型采用光電耦合器來實現(xiàn)可控硅的脈沖觸發(fā)，省去了傳統(tǒng) 電路上采用的脈沖變壓器，減少了該裝置的尺寸、體積和重量。
4. 本實用新型設(shè)計模塊化，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，接口簡單， 隨著水下燈增加，只需增加相應(yīng)數(shù)量的水下光調(diào)節(jié)裝置及相應(yīng)的控制信號。 另外，水下光調(diào)光裝置之間彼此獨立互不干擾，即每個水下燈亮度根據(jù)需 要進行調(diào)節(jié)，而彼此互不影響。
5. 由于本實用新型的電路設(shè)計簡單，所以成本低，實用性強，可應(yīng)用 于水下機器人燈光調(diào)節(jié)，還可以應(yīng)用于水下機器人或其它遠、近距離調(diào)光 的場合。
6. 本實用新型采用光纖通信，提高了信號傳輸?shù)目煽啃裕档土穗姎?干擾，同時，也使水下機器人中的調(diào)光距離可以達到10KM,這對于大深度 水下機器人的調(diào)光變得簡單。


圖l水下燈調(diào)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2水下燈調(diào)光裝置電路原理圖。 圖3水下燈調(diào)光系統(tǒng)控制程序流程圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。 本實用新型水下燈調(diào)光系統(tǒng)采用光纖作為信號通信媒介，水面和水下
都有基于以太網(wǎng)的I/O采集及輸出模塊進行信號采集及控制輸出，在水面主
控計算機的控制下完成水下燈的開關(guān)及亮度調(diào)節(jié)。
如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括i/o采集及輸出模塊、主控計算機、水下燈
調(diào)光裝置，主控計算機通過以太網(wǎng)接收來自水面的I/O采集及輸出模塊的控 制信號，將處理后的控制信號通過連接有光多路復(fù)用器的光纖送到水下的 I/O采集及輸出模塊，水下的I/O采集及輸出模塊根據(jù)主控計算機命令將電 源控制信號和燈光調(diào)節(jié)信號輸出到模塊化設(shè)置的水下燈調(diào)光裝置，從而實 現(xiàn)燈光的調(diào)整。
調(diào)光是通過操作水面操作面板上的開關(guān)來使水下調(diào)光裝置上電，面板 上的調(diào)節(jié)旋鈕來控制水下燈的亮度。所述水下調(diào)光裝置上電和水下燈的亮
度這兩個信號通過帶有以太網(wǎng)接口的水面的1/0采集及輸出模塊進行采集，
主控計算機通過以太網(wǎng)將這兩個信號讀入，經(jīng)過主控計算機中的水下燈控
制程序通過接有光多路復(fù)用器的光通信設(shè)備傳到水下的I/O采集及輸出模
塊，該模塊中的數(shù)字量輸出電源控制信號，該模塊中的模擬量輸出水下燈 的燈光調(diào)節(jié)信號。
如圖2所示，水下調(diào)光裝置包括主控制器U1、隔離電路及調(diào)節(jié)電路， 其中所述主控制器U1經(jīng)過隔離電路接收水下的1/0采集及輸出模塊的調(diào)節(jié) 信號，輸出兩路脈沖信號經(jīng)光電耦合電路至調(diào)節(jié)電路控制端，控制電壓的 輸出；所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)隔離電路接電源(作為電源控制信號)，并經(jīng)過光電 耦合電路接收主控制器U1的燈光調(diào)節(jié)信號，輸出調(diào)節(jié)后的電源信號至水下 燈。主控制器Ul的水下電源同步信號經(jīng)第二電阻(R2)和反并聯(lián)第一 二二 極管D1 D2串聯(lián)取樣。
所述主控制器Ul與光電耦合電路之間加設(shè)第一 二發(fā)光二極管 L1 L2，用于調(diào)試指示；光電耦合電路與調(diào)節(jié)電路之間加設(shè)三 四二極管 D3 D4，用于保護光電耦合電路；主控制器U1與水下的I/0采集及輸出模 塊間的隔離電路采用隔離運算放大器A1 。
調(diào)節(jié)電路為第一 二可控硅G1 G2反并聯(lián)結(jié)構(gòu)， 一端接由繼電器REL1 構(gòu)成的隔離電路，另一端接水下燈。
如圖3所示，所述控制程序具體流程為由水面的I/0采集及輸出模塊 通過以太網(wǎng)通信設(shè)備獲得操作面板的操作狀態(tài)，然后采集電源控制開關(guān)的 狀態(tài)及燈光調(diào)節(jié)的變化值到主控計算機，對采集到的數(shù)據(jù)進行打包處理，
再通過接有光多路復(fù)用器的光纖輸出至水下I/O采集及輸出模塊，水下的 I/O采集及輸出模塊的數(shù)字量將電源控制信號送到水下燈調(diào)光裝置，用來控
制水下燈的電源，其模擬量輸出燈光調(diào)節(jié)信號到中的主控制器U1，用來調(diào)
節(jié)水下燈的亮度(以上程序流程周期性的執(zhí)行)。
工作原理:所述水下調(diào)光裝置接收的I/O采集及輸出模塊的電源控制信 號和燈光調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過隔離電路，使水下調(diào)光裝置的主控制器U1、可控 硅組成的調(diào)節(jié)電路輸出相應(yīng)的輸出電壓，從而實現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)。
電源控制信號連接到水下燈調(diào)光裝置的DO—1端子控制繼電器RELl， llOV交流輸入電源通過繼電器RELl的觸點3，使水下燈調(diào)光裝置上電。 主控制器U1的脈沖同步信號來自于主電源IIOV輸入端，經(jīng)電阻R2和反 并聯(lián)二極管D1、 D2串聯(lián)取樣，輸入到主控制器U1中。1/0采集及輸出模 塊的模擬量調(diào)節(jié)信號輸出接到水下燈調(diào)光裝置的AO—1端子，該信號通過 隔離運算放大器Al接到主控制器Ul的控制端，此時主控制器Ul輸出兩 路脈沖信號輸出到由第一 二光電耦合器U2 U2'組成的光電耦合電路的輸 入端，第一 二光電耦合器U2和U2，的輸出端分別與由第一 二可控硅 G1 G2組成的調(diào)節(jié)電路的觸發(fā)端G相連，第一可控硅Gl的A端與第二 可控硅G2的K端相連后接繼電器REL1的觸點4;第一可控硅Gl的K和 第二可控硅G2的A相連，輸出到水下調(diào)光裝置的LAMP/L端，該端子接 水下燈。由于主控制器U1輸出的脈沖信號可以控制可控硅的導(dǎo)通的角度， 因此本實用新型可以調(diào)節(jié)LAMP/L與110V/N間的電壓，調(diào)節(jié)的范圍為 0 110V，故水下燈由于其兩端電壓的改變而燈光全范圍可調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求1.一種水下燈調(diào)光系統(tǒng)，包括I/O采集及輸出模塊、主控計算機、水下燈調(diào)光裝置，其特征在于主控計算機輸入端通過以太網(wǎng)與來自水面的I/O采集及輸出模塊的控制信號相連，其輸出端為處理后的控制信號，通過光纖與水下的I/O采集及輸出模塊相連，水下的I/O采集及輸出模塊的電源控制信號和燈光調(diào)節(jié)信號與模塊化設(shè)置的水下燈調(diào)光裝置相連。
2. 按權(quán)利要求1所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于:其中所述水下燈 調(diào)光裝置包括主控制器(Ul)、隔離電路及調(diào)節(jié)電路，其中所述主控制器(Ul)經(jīng)過隔離電路接收水下的I/O采集及輸出模塊的調(diào)節(jié)信號，輸出兩 路脈沖信號經(jīng)光電耦合電路至調(diào)節(jié)電路控制端，控制電壓的輸出；所述調(diào) 節(jié)電路經(jīng)隔離電路接電源，并經(jīng)過光電耦合電路接收主控制器(Ul)的燈 光調(diào)節(jié)信號，輸出調(diào)節(jié)后的電源信號至水下燈；主控制器(Ul)的水下電 源同步信號經(jīng)第二電阻(R2)和反并聯(lián)第一 二二極管(D1 D2)串聯(lián)取樣。
3. 按權(quán)利要求2所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于主控制器(Ul) 的水下電源同步信號經(jīng)第二電阻(R2)和反并聯(lián)第一 二二極管(D1 D2) 串聯(lián)接取樣信號。
4. 按權(quán)利要求2所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于主控制器與光電 耦合電路之間加設(shè)發(fā)光二極管。
5. 按權(quán)利要求2所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于光電耦合電路與 調(diào)節(jié)電路之間加設(shè)二極管。
6. 按權(quán)利要求2所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于主控制器(Ul) 與水下的1/0采集及輸出模塊間的隔離電路采用隔離運算放大器(Al)。
7. 按權(quán)利要求2所述水下燈調(diào)光系統(tǒng)，其特征在于調(diào)節(jié)電路為第一 二可控硅(G1 G2)反并聯(lián)結(jié)構(gòu)， 一端接由繼電器(REL1)構(gòu)成的隔離 電路，另一端接水下燈。
專利摘要本實用新型涉及水下機器人水下燈的調(diào)光技術(shù)，具體說是一種采用數(shù)字傳輸技術(shù)，遠距離調(diào)節(jié)水下機器人上設(shè)置水下燈亮度的調(diào)光系統(tǒng)。包括I/O采集及輸出模塊、主控計算機、水下燈調(diào)光裝置，其特征在于主控計算機通過以太網(wǎng)接收來自水面的I/O采集及輸出模塊的控制信號，將處理后的控制信號通過光纖送到水下的I/O采集及輸出模塊，水下的I/O采集及輸出模塊將電源控制信號和燈光調(diào)節(jié)信號輸出到模塊化設(shè)置的水下燈調(diào)光裝置，通過主控計算機中控制程序?qū)崿F(xiàn)燈光的調(diào)整。本實用新型系統(tǒng)具有模塊化、接口安全、設(shè)計簡單的特點，可實現(xiàn)燈光的全范圍單燈、連續(xù)調(diào)節(jié)，可遠程調(diào)光，調(diào)光裝置之間彼此不受干擾。
文檔編號G05B15/02GK201188703SQ20082001207
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者任福林, 關(guān)玉林, 崔勝國, 王曉輝, 洋 趙, 威 郭 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所