导航控制系统的供电模块说明.docxVIP

1模拟器的导航控制系统硬件设计说明 模拟器的导航控制系统硬件包括船载端和水下端。船载控制终端包括控制箱、触摸显示器、主控板、供电系统模块、GPS定位模块、433无线电模块、WIFI路由器和无线网卡以及防水键盘和鼠标等。水下端包括水下主控制板、推进控制器、舵机控制器，以及DVL、GPS、惯导、电子罗盘、深度计、无线电等导航和通信模块和传感器以及供电系统模块等。 1.1船载控制终端硬件组成及功能 船载控制终端由研华ark-2250嵌入控制板、研华触摸显示器、控制手柄、电压转换和稳压电源、GPS定位模块、433无线电模块、WIFI路由器和无线网卡等设备组成，如图3所示。船载控制终端上设置有电源开关，设置ark2250的跳线设置，将其设置为上电启动；面板上装有标准的防水键盘，并自带鼠标功能；安装有扩展的3个USB接口，可扩展监视器、鼠标、U盘等USB设备。电压转换和稳压电源将船载220VAC电压转换为嵌入式控制板需要的12VDC电压、触摸显示器的12VDC电压、GPS模块的12VDC电压、超短基线的船载模块的12VDC电压以及433MHZ无线电模块的12VDC电压。ark-2250嵌入控制板连接触摸显示器，串口1连接433无线电，串口2连接GPS模块，扩展有4个USB接口，可连接鼠标、键盘、无线网卡和U盘、无线遥控手柄等串口设备，通过网口有线连接路由器。安装有Windows10系统，并运行上位监控软件，通过遥控手柄或触摸屏操作实现控制指令的下发和上传数据的综合显示，如图4所示。 按照模块化和方便安装、拆卸的原则，设计船载控制箱，考虑到控制箱的散热问题，在侧面设有通风口；考虑到防水问题，键盘采用IP65的防水键盘和触摸板，所有对外的接口采用防水堵头，需要插拔的时候，打开堵头，进行连接，不用时将堵头装上，防止进水。面板开口的缝隙，用密封胶进行填充。面板通过固定铜柱，固定在支架上，两侧装有两个把手，方便对面板的拆卸。控制箱的尺寸可安装17寸的触摸显示器，其嵌入在控制箱的上盖的内测，带有VGA显示口和12VDC、1.5A供电口，以及USB触摸屏接口。其数据线埋在上嵌入面板的下面，连到控制箱内部，与ARK-2250主控板的VGA和USB接口连接，12VDC连接线接到12V20A开关电源的12V输出端。GPS通过串口连接到主控制板上，GPS天线固定在上盖内侧，与显示器一同走线。为防止信号线和电源线之间的干扰，信号线采用屏蔽线，同时缩短信号线的走线长度。控制箱内部安装有ARK2250主控板，通过支架-平台的方式，用铜连接柱固定在支架平台的最上面，控制面板的下方，平台向下的第二层固定TPlink无线路由器、GPS模块和无线WIFI模块，平台的最下层固定220V到12VDC、20A的开关电源和电压转换模块。 打开船载控制端的控制面板上电按钮后，嵌入式控制板自动上电启动，等待系统自动进入操作系统界面后，系统会自动加载监控软件。 图3 船载控制系统硬件组成 图4 船载控制终端及监控软件 (a)安装图 (b) 内部板卡安装图 图 ark-2250嵌入控制板 附：ark-2250嵌入控制板操作指南 1.2模拟器的水下运动控制系统硬件 导航控制系统的水下供电模块，其输入端来来自于模拟器的锂电池系统提供的24VDC电压，提供模拟器仪器舱内导航与控制模块所有耗电模块的电源供应，供电分配如图1所示。设计时需要考虑各个模块的电压、功率、电流的大小，以及模拟器的续航能力，设计磷酸铁锂电池组的容量大小以及分压和稳压模块的输出电压和电流的大小。设计的模拟器在36节的航速下可以续航1小时，根据转换模块转换性能，按照电压转换与稳压模块的转换效率为80%计算，耗费的锂电池容量为20AH@24VDC。电源与稳压系统采用boost-buck原理设计，如图2所示。根据各个模块的电压和电流供电需求，设计电压转换与稳压模块1~4，其输入为24VDC电池组电压，输出为控制和通信模块提供额定的电压和电流，其中电压转换与稳压模块1实现24VDC电压稳压功能，提供10A的输出电流，为超短基线模块和漏水检测模块提供电源。电压转换与稳压模块2提供24VDC-12VDC的转换与稳压功能，提供10A的输出电流，为主控制板、压力传感器、GPS模块以及433M无线电模块提供电源。电压转换与稳压模块3提供24VDC-9VDC的转换与稳压功能，提供10A的输出电流，为多路舵机控制器的控制芯片提供电源。电压转换与稳压模块4提供24VDC-5VDC的转换与稳压功能，提供10A的输出电流，为多路舵机控制器模块、推进电机单片控制器以及姿态航行参考模块提供电源。 图1 模拟器仪器舱电源供电分配图 图2 电压转换与稳压模块 水下运动控制系统组成如图5所示，基于PCM-9310主控板，设计接受和命令分发程序，结合推