CN102320363A - 水下自主航行器分布式控制系统 - Google Patents

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王树新
吴秋云
刘方
王明田
王义军
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Abstract

一种水下自主航行器分布式控制系统，该水下自主航行器分布式控制系统设置在水下自主航行器的主舱内，包括：由基于微控制器的主控节点，基于第一ARM7处理器的动作控制节点和基于第二ARM7处理器的传感器数据处理节点构成的控制系统，所述控制系统采用基于CAN总线的多主分布式控制结构，所述的微控制器还通过无线通讯模块或全球定位模块与实验室控制中心进行通讯，所述的第一ARM7处理器还与螺浆推进模块、尾舵转向模块、意外抛载模块以及检漏绳进行通讯，所述的第二ARM7处理器还与传感器组进行通讯。本发明可以简化各控制节点的编程，提高各控制节点的实时响应能力；增强了系统的可靠性；方便功能节点的扩充；可以实现对大范围水域的监测和勘测。

Description

水下自主航行器分布式控制系统
技术领域
本发明涉及一种水下自主航行器控制系统。特别是涉及一种水下自主航行器分布式控制系统。
背景技术
为了保护海洋环境，高效利用海洋资源，海洋探测必不可少。水下自主航行器(AutonomousUnderwater Vehicle)作为海洋探测传感器的载体，他们的重要性日显突出。目前的控制系统一般采取单CPU(中央处理单元)或主从结构的多CPU方案。单CPU的控制系统，需要把航行器所有的动作控制和信息处理程序放在一个CPU中完成，这样势必增加CPU的负担，降低系统响应的实时性；主从结构的控制系统，从属CPU不能自主决策，它的判断需要提交决策层，这就势必降低了系统的实时响应能力，而且主从结构的控制系统不方便功能拓展
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高了各控制节点的实时响应能力，增强了系统的可靠性，方便了功能节点拓展的水下自主航行器分布式控制系统。
本发明所采用的技术方案是：一种水下自主航行器分布式控制系统，该水下自主航行器分布式控制系统设置在水下自主航行器的主舱内，包括：由基于微控制器的主控节点，基于第一ARM7处理器的动作控制节点和基于第二ARM7处理器的传感器数据处理节点构成的控制系统，所述控制系统采用基于CAN总线的多主分布式控制结构，所述的微控制器还通过无线通讯模块或全球定位模块与实验室控制中心进行通讯，所述的第一ARM7处理器还与螺浆推进模块、尾舵转向模块、意外抛载模块以及检漏绳进行通讯，所述的第二ARM7处理器还与传感器组进行通讯。
所述的基于微控制器的主控节点，基于第一ARM7处理器的动作控制节点和基于第二ARM7处理器的传感器数据处理节点各自依次通过一个总线隔离器、一个总线收发器与CAN总线相连。
所述的基于微控制器的主控节点，基于第一ARM7处理器的动作控制节点和基于第二ARM7处理器的传感器数据处理节点的CAN指令优先级由传感器信息的ID来决定。
该水下自主航行器分布式控制系统是由24伏镍氢电池包、24伏锂离子电池包、48伏镍氢电池包供电。
本发明的水下自主航行器分布式控制系统，采用模块化设计结构，功能强大，设计思路新颖；按照水下自主航行器的功能单元设置不同的控制节点，可以简化各控制节点的编程，提高各控制节点的实时响应能力；并且单个节点的故障不影响整个控制系统的工作，增强了系统的可靠性；方便功能节点的扩充；还可以简化舱内空间的走线。采用本发明的自主水下航行器搭载相应的测量传感器和任务模块，可以实现对大范围水域的监测和勘测。
附图说明
图1是水下自主航行器的构成示意图；
图2是本发明的整体构成框图。
其中：
1：微控制器        2：第一ARM7处理器
3：第ARM7处理器    4：CAN总线
5：无线通讯模块    6：全球定位模块
7：螺浆推进模块    8：尾舵转向模块
9：意外抛载模块    10：检漏绳
11：传感器组       12：总线隔离器
13：总线收发器     14：头舱
15：液压舱         16：主舱
17：通讯舱         18：尾舱
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的水下自主航行器分布式控制系统做出详细说明。
如图1所示，水下自主航行器是由头舱14、液压舱15、主舱16、通讯舱17以及尾舱18依次设置构成。
主舱16内部固定安装能源系统(由电池包和变压稳流保险电路组成)，本发明的水下自主航行器分布式控制系统也设置在水下自主航行器的主舱16内。通讯舱17内部安装意外抛载模块，尾舱18内部固定安装尾舵转向模块8和螺旋桨推进模块7。安装在通讯舱17背部的无线通讯模块5及GPS定位模块6；设置在头舱14下侧的CTD传感器11检漏绳10贯穿于各个舱段；设置在主舱16内部控制系统上的电子罗盘(TCM3)。
如图2所示，本发明的水下自主航行器分布式控制系统，包括：由基于微控制器1的主控节点，基于第一ARM7处理器2的动作控制节点和基于第ARM7处理器3的传感器数据处理节点构成的控制系统，所述控制系统采用基于CAN总线4的多主分布式控制结构，即所述的基于微控制器1的主控节点，基于第一ARM7处理器2的动作控制节点和基于第ARM7处理器3的传感器数据处理节点之间是通过CAN总线4进行通讯，所述的微控制器1还通过无线通讯模块5或全球定位模块6与实验室进行通讯，所述的第一ARM7处理器2还与螺浆推进模块7、尾舵转向模块8、意外抛载模块9以及检漏绳10进行通讯，所述的第ARM7处理器3还与传感器组11进行通讯。所述的基于微控制器1的主控节点，基于第一ARM7处理器2的动作控制节点和基于第ARM7处理器3的传感器数据处理节点各自依次通过一个总线隔离器12、一个总线收发器13与CAN总线4相连。
本发明的水下自主航行器分布式控制系统中，微控制器采用PHILIPS公司的ARM7系列控制芯片LPC2292，它带有两路CAN控制器(CAN Controller)，CAN总线收发器采用具有光电隔离功能的CTM1050；系统采用基于μC/OS的多任务实时操作系统，根据功能区分，模块化编写控制程序。
本发明的水下自主航行器分布式控制系统中，所述各控制节点的功能分别为：基于微控制器1的主控节点负责任务管理、路径规划以及与甲板单元之间的通讯；基于第二ARM7处理器3的传感器数据处理节点完成对电子罗盘(TCM3)、CTD传感器、高度计等传感器的信息采集与处理；基于第一ARM7处理器2的动作控制节点负责电源检测、电源不足处理、深度高度意外情况处理、抛载上浮处理，以及控制尾舵转向模块、螺旋桨推进模块的运转，自适应调节并记录AUV模式控制参数。
所述的基于微控制器1的主控节点，基于第一ARM7处理器2的动作控制节点和基于第二ARM7处理器3的传感器数据处理节点的CAN指令优先级由传感器信息的ID来决定。
采用本发明的水下自主航行器分布式控制系统的自主水下航行器的作业描述：
当对具体目标进行精确快速的监测、考察、跟踪等作业时，尾舵转向模块和螺旋桨推进模块工作，水下自主航行器可实现定深航行、固定航向航行、不同半径转弯航行；具有航行速度快，路径控制精确的特点。
本发明采用基于CAN总线的多主分布式控制架构，各节点完成对航行器相应功能单元的控制。采用模块化设计结构，功能强大，设计思路新颖；采用本发明的自主水下航行器搭载相应的测量传感器和任务模块，可以实现对大范围水域的监测和勘测。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水下自主航行器分布式控制系统，该水下自主航行器分布式控制系统设置在水下自主航行器的主舱内，其特征在于，包括：由基于微控制器(1)的主控节点，基于第一ARM7处理器(2)的动作控制节点和基于第二ARM7处理器(3)的传感器数据处理节点构成的控制系统，所述控制系统采用基于CAN总线(4)的多主分布式控制结构，所述的微控制器(1)还通过无线通讯模块(5)或全球定位模块(6)与实验室控制中心进行通讯，所述的第一ARM7处理器(2)还与螺浆推进模块(7)、尾舵转向模块(8)、意外抛载模块(9)以及检漏绳(10)进行通讯，所述的第二ARM7处理器(3)还与传感器组(11)进行通讯。
2.根据权利要求1所述的水下自主航行器分布式控制系统，其特征在于，所述的基于微控制器(1)的主控节点，基于第一ARM7处理器(2)的动作控制节点和基于第二ARM7处理器(3)的传感器数据处理节点各自依次通过一个总线隔离器(12)、一个总线收发器(13)与CAN总线(4)相连。
3.根据权利要求1所述的水下自主航行器分布式控制系统，其特征在于，所述的基于微控制器(1)的主控节点，基于第一ARM7处理器(2)的动作控制节点和基于第二ARM7处理器(3)的传感器数据处理节点的CAN指令优先级由传感器信息的ID来决定。
4.根据权利要求1所述的水下自主航行器分布式控制系统，其特征在于，该水下自主航行器分布式控制系统是由24伏镍氢电池包、24伏锂离子电池包、48伏镍氢电池包供电。
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