CN106844112A - 双soc无人机控制系统及故障应急保护系统 - Google Patents

双soc无人机控制系统及故障应急保护系统 Download PDF

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Abstract

一种双SOC无人机控制系统，包括主SOC系统和从SOC系统，所述的主SOC系统运行实时操作系统，从SOC系统运行多线程非实时操作系统；主SOC系统与从SOC系统通过通讯接口通讯，传递之间状态信号。当主SOC系统出现异常时，将异常状态信息传递给从SOC系统，从SOC系统快速接管动力系统，关闭其他线程任务，单线程运行飞控任务，控制无人机安全降落，并将降落点的位置信息发送给地面接收系统。通过将模块分类分别搭载不同的SOC系统，提高了系统的可靠性，降低了系统分热，提高了整机的安全性。

Description

双SOC无人机控制系统及故障应急保护系统
技术领域
本发明设计无人机控制技术领域，尤其涉及一种采用双SOC系统的整机控制方案以及系统故障时对无人机进行应急保护的方法。
背景技术
现在消费类无人机整机一般包含：飞控模块、定位模块、动力模块、影像模块、图传模块、数传模块等构成。目前，有两种整机方案，一个是分立方案，即飞控模块、定位模块、动力模块、影像模块、图传模块、数传模块以及其它一些辅助的执行电路模块各自独立运行，然后通过相互之间通讯配合起来整机工作，在电路设计上也是分板布置的方式，或在同一板子上，也是分块布置，运行在不同的集成电路上；该方案导致模块间通讯接口过多，可靠性变低，同时导致电路板多，板间连线冗余，结构不紧凑，体积无法做小，而且，整个方案的成本比较高。
另外一个是最近一年兴起的基于SOC集成电路技术方案，它将飞控模块、定位模块、影像模块、图传模块、数传模块集成到一个多核的处理器集成电路上；如此，这个方案中电路构成中，只有SOC集成电路模块电路、动力模块电路和其它一些辅助电路模块电路，能够有效较少电路板数量，结构紧凑。但是，该SOC 方案一般采购多核处理器集成电路，其本身系统不是针对无人机产品开发的，需要重新搭建适合无人机产品的系统，开发难度比较大，开发成本高；更重要的是，无人机模块中，如飞控模块，需要非常高实时性，而一般SOC系统不是实时操作系统，所以需要集成电路方案商支持，专门准备一个核，来运行实时操作系统，让要求实时性的飞控模块运行中实时操作系统下，但是这个辅助实时操作系统还是需要SOC主非实时操作系统进行调度配合工作，如此，当主操作系统死机后，同样会造成辅助实时操作系统不能正常工作，导致无人机炸机；过去主操作系统都是针对消费类电路产品，相对分立方案中用于工控领域的实时操作系统，可靠性不高；最后，SOC方案需要比较高规格集成电路支持（如4核、8核），这样SOC的实际方案成本也比较高，SOC 需要运行模块多，运算量大，发热大，需要设计专门散热设计。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种双SOC无人机控制方案，能够解决在SOC方案中，辅实时操作系统对主非实时操作系统依赖的问题，提高系统的可靠性，且发热少不需要专门的散热设计，两个SOC构成的半SOC方案，两个系统相互配合，独立运行，并给出系统异常时的应急保护方法。
本发明采用的技术方案：一种双SOC无人机控制系统，包括主SOC系统和从SOC系统，所述的主SOC系统运行实时操作系统，从SOC系统运行多线程非实时操作系统；主SOC系统与从SOC系统通过通讯接口通讯，传递之间状态信号。
优选的，所述的实时操作系统包括飞控模块、定位模块；多线程非实时操作系统包括影像模块、数传模块、图传模块、WIFI模块；
所述的飞控模块包括陀螺仪、磁力计、气压计；所述的定位模块包括GPS模块、室内定位镜头和超声波探头；
所述的主SOC系统和从SOC系统分别独立运行在两个不同的芯片上，电源独立分开，并通过USART接口通讯；
所述的主SOC系统和从SOC系统均通过输出控制模块与动力系统连接，主SOC系统对动力系统控制的优先级高于从SOC系统；
所述的动力系统采用电动机。
优选的，所述的主SOC系统通过I2C接口连接磁力计和气压计；通过SPI接口连接陀螺仪；通过DCMI接口连接室内定位镜头；通过PWM接口连接超声波探头；通过USART接口连接GPS模块和从SOC系统。
优选的，所述的动力系统包括4只电动机及其配套的螺旋桨；所述的输出控制模块采用STM32F103芯片通过PWM接口和ATmega8芯片分别与4只电动机连接，输出控制信号，驱动电机转动，使螺旋桨旋转提供升力。
优选的，所述的影像模块采用松下MN34110影像传感器；所述的影响模块采集到的图片和视频传输给数传模块；数传模块采用UDP传输协议通过RT8912 WIFI模块与地面接收系统互传数据；
一种双SOC无人机控制系统故障应急保护系统，系统运行包括以下步骤：
S1：主SOC系统运行实时操作系统，从SOC系统运行多线程非实时操作系统；主SOC系统与从SOC系统通过通讯接口通讯，传递之间状态信号；所述的主SOC系统和从SOC系统分别运行在两个不同的芯片上，电源独立分开，并通过USART接口通讯；
S2：主SOC系统和从SOC系统均通过输出控制模块与动力系统连接，检查主从SOC系统的工作状态，当主SOC系统工作状态正常时，主SOC系统优先控制动力系统；
S3：当主SOC系统工作状态异常时，通过USART接口将异常信息传递给从SOC系统，从SOC系统立即接管动力系统，并关闭其他线程任务，只运行飞控单线程任务，保证无人机安全降落，并将降落点位置信息发送给地面接收系统；
S4：当从SOC系统工作状态异常时，地面接收系统不能正常收取到从SOC系统的状态信号，地面接收系统将报告异常故障；同时，主SOC系统控制自主飞行降落，保证保证无人机安全降落。
步骤S2中所述的检查主从SOC系统的工作状态包括以下步骤：
A1：检测主SOC系统与动力系统及从SOC系统之间的通讯状态；从SOC系统向地面接收系统发送状态信号；
A2：当检测到动力系统与主SOC系统无通讯时，判断主SOC系统异常，此时将由从SOC系统接管动力系统；当检测到从SOC系统与主SOC系统无通讯时，判断主SOC系统异常，由从SOC系统接管动力系统；
A3：当地面接收系统不能正常收取到从SOC系统的状态信号时，判断从SOC系统故障，主SOC系统控制无人机安全降落。
本发明的有益效果：（1）本发明将飞控模块、定位模块、影像模块、图传模块、数传模块模块按照对“实时性及可靠性”的要求，将整机方案分成两个独立SOC系统，在硬件上也分别运行在两个不同的芯片上；对实时性要求高的模块运行在主SOC系统，对实时性和可靠性要求相对交底的模块运行在从SOC系统，主从系统之间通过通讯接口实时交换状态信息，提高了系统的可靠性（2）主从SOC系统的电源独立分开，一个系统的电源异常不会影响到另一个系统。（3）两个SOC系统分担任务，相比单SOC系统，处理任务量少，系统分热小，不需要专门散热设计，解决了散热问题。（4）主SOC系统异常时，从SOC系统快速接管动力系统，保障无人机安全降落。
附图说明
图1是本发明双SOC无人机整机方案示意图；
图2是本发明双SOC无人机系统原理图、信号传递图。
具体实施方式
实施例一：如图2所示，本实施例中采用两个集成电路，两个集成电路包含在一个电路板上，一个集成电路采用ST（意法半导体）、DSP（数字信号处理）等，将飞行控制、室内定位算法运行在这个集成电路上，为主SOC系统，室内定位算法采用光流定位算法。同时，将与其相关的传感器（陀螺仪、磁力计、气压计、GPS、室内定位镜头、超声波探头）通过I2C、SPI、USART、DCMI、ADC等外设接口与这个集成电路相连。另外一个采用图像处理集成电路，将图像采集、视频编解码、以及视频的传输、视频的算法运行在这个集成电路上，为从SOC系统。同时，将影像传感器通过并口与这个集成电路相连，通过视频传输接口将视频传输给地面接收系统；两个集成电路通过USART进行通讯，传递之间状态信号。
除了两个主集成电路电路外，本实施例还包含动力系统和电源管理电路，电源管理电路分别独立给两个主集成电路供电，两个主集成电路都与动力系统通过USART接口进行相连，都可以控制动力；动力系统和电源管理电路沿着电路板的周边分布。
主SOC系统正常运行时，由主SOC系统输出信号控制动力系统，从SOC系统多线程运行图像采集、视频编解码、视频传输等任务。当主SOC系统出现异常时，动力系统或从SOC系统检测到异常状态信息，从SOC系统快速接管动力系统，关闭其他线程任务，单线程运行飞控任务，控制无人机安全降落，并将降落点的位置信息发送给地面接收系统。
从SOC系统正常运行时，会不断的向地面接收系统发送状态信号，当地面接收系统不能正常收取到从SOC系统的状态信号时，判断从SOC系统故障，此时主SOC系统控制无人机安全降落。
实施例二，在本实施例中，采用两个集成电路，两个集成电路分别布置在两个电路板上，两个电路板之间通过软排线和/或连接器连接，实现各项控制功能。

Claims (7)

1.一种双SOC无人机控制系统，其特征在于：包括主SOC系统和从SOC系统，所述的主SOC系统运行实时操作系统，从SOC系统运行多线程非实时操作系统；主SOC系统与从SOC系统通过通讯接口通讯，传递之间状态信号。
2.根据权利要求1所述的双SOC无人机控制系统，其特征在于：所述的实时操作系统包括飞控模块、定位模块；多线程非实时操作系统包括影像模块、数传模块、图传模块、WIFI模块；
所述的飞控模块包括陀螺仪、磁力计、气压计；所述的定位模块包括GPS模块、室内定位镜头和超声波探头；
所述的主SOC系统和从SOC系统分别独立运行在两个不同的芯片上，电源独立分开，并通过USART接口通讯；
所述的主SOC系统和从SOC系统均通过输出控制模块与动力系统连接，主SOC系统对动力系统控制的优先级高于从SOC系统；
所述的动力系统采用电动机。
3.根据权利要求2所述的双SOC无人机控制系统，其特征在于：所述的主SOC系统通过I2C接口连接磁力计和气压计；通过SPI接口连接陀螺仪；通过DCMI接口连接室内定位镜头；通过PWM接口连接超声波探头；通过USART接口连接GPS模块和从SOC系统。
4.根据权利要求2所述的双SOC无人机控制系统，其特征在于：所述的动力系统包括4只电动机及其配套的螺旋桨；所述的输出控制模块采用STM32F103芯片通过PWM接口和ATmega8芯片分别与4只电动机连接，输出控制信号，驱动电机转动，使螺旋桨旋转提供升力。
5.根据权利要求2所述的双SOC无人机控制系统，其特征在于：所述的影像模块采用松下MN34110影像传感器；所述的影响模块采集到的图片和视频传输给数传模块；数传模块采用UDP传输协议通过RT8912 WIFI模块与地面接收系统互传数据。
6.一种双SOC无人机控制系统故障应急保护系统，其特征在于包括以下步骤：
S1：主SOC系统运行实时操作系统，从SOC系统运行多线程非实时操作系统；主SOC系统与从SOC系统通过通讯接口通讯，传递之间状态信号；所述的主SOC系统和从SOC系统分别运行在两个不同的芯片上，电源独立分开，并通过USART接口通讯；
S2：主SOC系统和从SOC系统均通过输出控制模块与动力系统连接，检查主从SOC系统的工作状态，当主SOC系统工作状态正常时，主SOC系统优先控制动力系统；
S3：当主SOC系统工作状态异常时，通过USART接口将异常信息传递给从SOC系统，从SOC系统立即接管动力系统，并关闭其他线程任务，只运行飞控单线程任务，保证无人机安全降落，并将降落点位置信息发送给地面接收系统；
S4：当从SOC系统工作状态异常时，地面接收系统不能正常收取到从SOC系统的状态信号，地面接收系统将报告异常故障；同时，主SOC系统控制自主飞行降落，保证保证无人机安全降落。
7.根据权利要求6所述的双SOC无人机控制系统故障应急保护系统，其特征在于步骤S2中所述的检查主从SOC系统的工作状态包括以下步骤：
A1：检测主SOC系统与动力系统及从SOC系统之间的通讯状态；从SOC系统向地面接收系统发送状态信号；
A2：当检测到动力系统与主SOC系统无通讯时，判断主SOC系统异常，此时将由从SOC系统接管动力系统；当检测到从SOC系统与主SOC系统无通讯时，判断主SOC系统异常，由从SOC系统接管动力系统；
A3：当地面接收系统不能正常收取到从SOC系统的状态信号时，判断从SOC系统故障，主SOC系统控制无人机安全降落。
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