一種小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸裝置及方法，屬于視頻數(shù)據(jù)電源傳輸技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于小型遙控水下機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]遙控水下機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱R0V)，是一種廣泛應(yīng)用于水下觀察作業(yè)的無人潛器，通過臍帶電纜與工作母船相連，母船通過臍帶電纜為ROV提供電能，下達(dá)指令控制ROV的運(yùn)動(dòng)；R0V通過臍帶電纜向母船回傳各傳感器采集的數(shù)據(jù)、設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)以及水下圖像、聲納信號(hào)，為ROV遙控操作員提供各種必要信息。因此，單向的視頻信號(hào)、雙向數(shù)據(jù)信號(hào)和單向的交流電源如何高效、可靠、穩(wěn)定的傳輸，成為ROV可靠運(yùn)行的重要前提和先決條件。
[0003]目前，ROV對(duì)于不同的信號(hào)采用專門的線路傳輸，即多芯電纜傳輸，成本高昂，而且由于信號(hào)之間的電磁干擾，傳輸?shù)姆€(wěn)定性可靠性較差。
[0004]傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控領(lǐng)域的共纜傳輸技術(shù)，雖然做到了視頻、控制數(shù)據(jù)及電源的共纜傳輸，但是控制數(shù)據(jù)都是單向傳輸，而且傳輸?shù)碾娫炊际堑凸β手绷麟?，無法滿足水下復(fù)雜環(huán)境作業(yè)的小型遙控水下機(jī)器人對(duì)信號(hào)傳輸?shù)目量桃蟆?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有小型遙控水下機(jī)器人臍帶電纜傳輸信號(hào)存在的傳輸效率低、傳輸成本高、抗干擾性能差等問題，本發(fā)明提供一種將視頻、數(shù)據(jù)和交流電源共纜傳輸?shù)难b置及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸裝置，用于實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)單向傳輸，數(shù)據(jù)信號(hào)雙向半雙工傳輸，交流電源單向傳輸；包括水上模塊和水下模塊，水上模塊和水下模塊通過用于傳輸射頻/交流電源信號(hào)的傳輸共纜連接。
[0008]所述水上模塊包括順序連接的隔離式交流變壓器、第一電源耦合/分離器和第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器；所述電源耦合/分離器與傳輸共纜連接；
[0009]所述水下模塊包括順序連接的電源濾波電路、電源調(diào)整電路、開關(guān)電源、第二電源耦合/分離器和第二視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器；所述電源耦合/分離器與傳輸共纜連接。
[0010]所述第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器包括順序連接的視頻幅度調(diào)整電路、視頻解調(diào)電路、第一射頻放大電路、第一信號(hào)隔離電路、射頻耦合端口、第二信號(hào)隔離電路、第二射頻放大電路、下行數(shù)據(jù)調(diào)制電路、RS485轉(zhuǎn)換電路以及，RS485轉(zhuǎn)換電路和第二信號(hào)隔離電路之間連接的上行數(shù)據(jù)解調(diào)電路；所述射頻耦合端口與第一電源耦合/分離器連接，所述RS485轉(zhuǎn)換電路用于與上位機(jī)通信。
[0011]所述第二視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器包括順序連接的視頻幅度調(diào)整電路、視頻調(diào)制電路、第一射頻放大電路、第一信號(hào)隔離電路、射頻耦合端口、第二信號(hào)隔離電路、第二射頻放大電路、上行數(shù)據(jù)調(diào)制電路、RS485轉(zhuǎn)換電路以及，RS485轉(zhuǎn)換電路和第二信號(hào)隔離電路之間連接的下行數(shù)據(jù)解調(diào)電路；所述射頻耦合端口與第二電源耦合/分離器連接，所述RS485轉(zhuǎn)換電路用于與水下控制器通信；
[0012]所述視頻調(diào)制電路、下行數(shù)據(jù)解調(diào)電路、上行數(shù)據(jù)調(diào)制電路由電源濾波電路輸出的DC5V供電；所述第一射頻放大電路，第二射頻放大電路由開關(guān)電源輸出的DC12V供電；所述電源濾波電路和開關(guān)電源均具有直流輸出端口。
[0013]一種小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸方法，包括以下步驟:
[0014]水上模塊的第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器將上位機(jī)的控制數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制并轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，與隔離式交流變壓器輸出的交流電源信號(hào)經(jīng)第一電源耦合/分離器耦合成射頻電源混合信號(hào)，經(jīng)傳輸共纜傳輸至水下模塊；
[0015]水下模塊的第二電源耦合/分離器將接收到的射頻電源混合信號(hào)分離成射頻信號(hào)和交流電源信號(hào)；開關(guān)電源將交流電源信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電源信號(hào)，經(jīng)電源濾波電路濾波后，共同給視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器以及水下設(shè)備供電；同時(shí)，第二視頻控制復(fù)用器將射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)還原成控制數(shù)據(jù)經(jīng)485總線發(fā)送至水下控制器；
[0016]水下模塊的第二視頻控制復(fù)用器接收水下攝像頭的視頻信號(hào)和水下控制器的水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將視頻信號(hào)和水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行調(diào)制后耦合成射頻信號(hào)輸出至第二電源耦合/分離器，再經(jīng)傳輸共纜傳輸至水上模塊；
[0017]水上模塊接收傳輸共纜傳來的射頻信號(hào)，經(jīng)第一電源耦合/分離器傳輸至第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器，第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器將射頻信號(hào)中的視頻信號(hào)和水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分離，分別進(jìn)行解調(diào)還原，將視頻信號(hào)輸出至上位機(jī)，水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋至上位機(jī)。
[0018]所述水上模塊的視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器將上位機(jī)發(fā)出的485格式控制數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制并轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，包括以下步驟:
[0019]第一視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器內(nèi)的RS485轉(zhuǎn)換電路將上位機(jī)的485格式控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TTL格式數(shù)據(jù)，經(jīng)下行數(shù)據(jù)調(diào)制電路以FSK方式調(diào)制，形成中心頻率為fl的射頻信號(hào)，再依次經(jīng)射頻放大電路、信號(hào)隔離電路得到放大、隔離后的射頻信號(hào)。
[0020]所述第二視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器將射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)還原成控制數(shù)據(jù)包括以下步驟:
[0021]第二視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器的射頻耦合端口將射頻信號(hào)經(jīng)第二信號(hào)隔離電路提取出中心頻率為Π的射頻信號(hào)，經(jīng)下行數(shù)據(jù)解調(diào)電路解調(diào)形成TTL格式數(shù)據(jù)，再經(jīng)RS485轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成485格式控制數(shù)據(jù)。
[0022]所述視頻信號(hào)和水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行調(diào)制后耦合成射頻信號(hào)，包括以下步驟:
[0023]第二視頻幅度調(diào)整電路將視頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整后，經(jīng)視頻調(diào)制電路以ASK方式進(jìn)行調(diào)制，再經(jīng)第一射頻放大電路、第一信號(hào)隔離電路進(jìn)行放大隔離；
[0024]同時(shí)，RS485轉(zhuǎn)換電路將485格式的水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TTL格式數(shù)據(jù)，經(jīng)上行數(shù)據(jù)調(diào)制電路以FSK方式調(diào)制成中心頻率為f2的射頻信號(hào)，經(jīng)第二射頻放大電路、第二信號(hào)隔離電路進(jìn)行放大隔離；
[0025]將放大隔離后分別包含視頻信息和水下設(shè)備狀態(tài)信息的射頻信號(hào)通過射頻耦合端口耦合成射頻信號(hào)。
[0026]所述視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器將射頻信號(hào)中的視頻信號(hào)和485格式的水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)分離，分別進(jìn)行解調(diào)還原，包括以下步驟:
[0027]射頻信號(hào)通過第一信號(hào)隔離電路分離出視頻調(diào)制信號(hào)，經(jīng)第一射頻放大電路、視頻解調(diào)電路、視頻幅度調(diào)整電路還原出視頻信號(hào)；
[0028]同時(shí)，射頻信號(hào)經(jīng)第二信號(hào)隔離電路分離出中心頻率為f2的射頻信號(hào)，經(jīng)上行數(shù)據(jù)解調(diào)電路解調(diào)出TTL格式數(shù)據(jù)，經(jīng)RS485轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成485格式的水下設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0029]所述中心頻率fl與f2不等。
[0030]本發(fā)明的有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0031]1.本發(fā)明通過一根單芯同軸電纜實(shí)現(xiàn)了母船與小型ROV之間多信號(hào)的傳輸以及交流電的輸送，節(jié)省線材、降低成本，提高了信號(hào)的抗干擾能力，使母船與小型ROV之間的信號(hào)傳輸更加高效、可靠、經(jīng)濟(jì)。
[0032]2.本發(fā)明包括由共纜相連的水上模塊和水下模塊，具有成本低廉、傳輸質(zhì)量高、抗干擾性強(qiáng)、可以在一根線纜上同時(shí)傳輸電源和兩種不同射頻信號(hào)的特點(diǎn)，適用于小型遙控水下機(jī)器人。
【附圖說明】
[0033]圖1為小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸系統(tǒng)總體框圖；
[0034]其中，I水上模塊，2水下模塊，3傳輸共纜，16AC220V電源端口，17隔離式交流變壓器，18電源耦合/分離器，19電源耦合/分離器；41視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器，42視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器，43水下電源模塊；
[0035]圖2為小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸系統(tǒng)水上模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0036]其中，41視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器，15射頻耦合端口，8信號(hào)隔離電路，7射頻放大電路，6視頻解調(diào)電路，5視頻幅度調(diào)整電路，4視頻輸出端口，9RS485端口，10RS485轉(zhuǎn)換電路，11下行數(shù)據(jù)調(diào)制電路，12上行數(shù)據(jù)解調(diào)電路，13射頻放大電路，14信號(hào)隔離電路，18電源耦合/分離器，16220V交流電源，17隔離式交流變壓器；
[0037]圖3為小型遙控水下機(jī)器人共纜傳輸系統(tǒng)水下模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0038]其中，42視頻數(shù)據(jù)復(fù)用器，25視頻輸入端口，24視頻幅度調(diào)整電路，23視頻調(diào)制電路，22射頻放大電路，21信號(hào)隔離電路，20射頻耦合端口，26信號(hào)隔離電路，27下行數(shù)據(jù)解調(diào)電路，30上行數(shù)據(jù)調(diào)制電路，31射頻放大電路，28