CN107395293B - 一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机光电系统管理计算机(以下简称管理计算机)与内部子系统间(以下简称子系统)、管理计算机与外部RS422串行接口之间通讯状态的检测方法，属于机载光电通讯技术领域。该通讯状态检测方法提出了主从式的串行通讯方式中，管理计算机作为通讯主方以及在半主从的周期串行通讯方式中，管理计算机作为通讯从方，对串行通讯状态实时判断的处理机制。本发明所涉及的串行通讯状态检测方法适用于无人机、直升机以及车载光电系统，通过该通讯状态检测方法，管理计算机可实时判断管理计算机与子系统、管理计算机与周期通讯的外部接口之间的通讯状态，通用性强，有利于更有效、准确地判断光电系统管理计算机与子系统状态。

Description

一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法

技术领域

本发明属于机载光电通讯技术领域，涉及一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法。

背景技术

无人机的主要任务是执行侦查和监视。光电系统作为无人机重要的侦察设备，内部装有高分辨率电视摄像机、红外热像仪、激光测距/指示器等子系统，具有输出昼夜侦查图像、对目标进行搜索、定位等功能。管理计算机是无人机光电系统的控制中心，对子系统进行统一管理与调度，实现不同子系统之间的有序协作，共同完成光电系统的各项功能。

无人机光电系统内部与外部的交联关系图如图1所示，光电系统内部，管理计算机与子系统之间均通过RS422串行接口进行通讯，即管理计算机通过RS422串行接口向子系统发送指令，子系统执行完成后通过RS422串行接口向管理计算机反馈结果。光电系统外部，无人机地面控制站将指令信息通过RS422串行接口发送至无线传输链路地面端口，并经过无线链路传输至无线传输链路载机端口，指令信息在无线传输链路载机端口经过RS422串行接口发送至光电系统管理计算机。同样，管理计算机执行完成后反馈的状态值经过相反的途径传输至地面控制站。上述可知，无人机光电系统指令传输的外部接口也是RS422串行接口。

目前，RS422串行通讯状态检测采用的方法是在通讯底层运行一个任务，该任务周期地向RS422串行接口发送通讯状态确认信息，并读取RS422串行接口的应答信息，实现通讯状态的判断，该检测方法有两个弊端：一是单独运行一个任务额外消耗了资源；二是由于无人机传输数据从地面控制站到无人机光电系统经过无线链路的传输，具有很大的延时，采用现有的检测方法无法保证RS422串行通讯状态检测的实时性，不适用于无人机串行通讯状态的检测。

发明内容

为解决目前在无人机光电系统内部通讯中管理计算机与子系统之间通讯检测资源消耗过大的问题，以及无人机光电系统外部周期通讯中通讯检测延时过大的问题，本发明提出一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法，该检测方法在无人机光电系统的内部利用管理计算机向子系统发送执行指令的同时检测了通讯状态，节省了资源的额外消耗；在无人机光电系统与外部周期通讯时，管理计算机利用周期通讯的可预测性，从主从式通讯的从方对通讯状态进行了检测，提高了通讯状态检测的实时性，实现向地面控制站提供无人机光电系统更及时准确的状态信息。

本发明提供的串行通讯状态检测方法对管理计算机与子系统之间、管理计算机与外部RS422串行接口之间的通讯状态采用了不同的检测机制。

下面给出本发明的技术方案：

所述一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法，其特征在于：

对于管理计算机与光电系统内部子系统之间的主从方式串行通讯，采用以下步骤进行串行通讯状态检测：

步骤1：光电系统上电，管理计算机向子系统发送握手命令；若管理计算机连续至少三次握手均没有收到子系统的握手应答，则判断通讯状态为通讯故障，并上报地面控制站；否则表示管理计算机与子系统之间的通讯建立，进入步骤2；

步骤2：通讯建立成功后，管理计算机开始等待自检周期或者依据收到的外部信息向某一子系统发送操控指令；其中管理计算机发送命令时引入发送允许条件机制；所述发送允许条件机制为：当发往某一子系统上一帧命令处理结束后方允许向其发送下一帧指令，若管理计算机正在等待发往某一子系统的上一帧命令的应答时，发送条件为不允许，当有新信息需发送某一子系统，且此时的发送条件为允许时，管理计算机向某一子系统发送周期自检或操控指令；

步骤3：管理计算机向子系统发送指令后等待应答信息或状态信息；等待时间根据发送的指令确定：若指令为子系统收到管理计算机的指令信息后立即应答的指令，则等待时间大于管理计算机到子系统命令传递时间与子系统到管理计算机的状态信息的传递时间之和；若指令为子系统收到管理计算的指令信息后开始执行，执行完成后向管理计算机发送应答信息或状态信息的指令，则等待时间大于指令信息从管理计算机传递到子系统的时间、子系统完成指令所需要的时间以及应答信息或状态信息从子系统传递到管理计算机所需要的时间之和；

步骤4：若管理计算机在等待时间内没有收到应答信息或状态信息，则重新发送相同指令，若连续至少三次均没有收到子系统的应答，则向该子系统发送握手命令，若连续至少三次握手均未成功，则判断通讯状态为通讯故障，并上报地面控制站；

对于管理计算机与外部RS422串行接口之间的半主从方式通讯，采用以下步骤进行串行通讯状态检测：

步骤5：光电系统上电，管理计算机等待外部RS422串行接口发来的握手信息，收到握手信息后，向外部RS422串行接口发送握手应答信息，管理计算机与外部RS422串行接口之间通讯建立；

步骤6：通讯建立后，管理计算机作为通讯的从方，周期地向外部RS422串行接口发送自检状态；同时，管理计算机创建两个计数器，计数器1标志系统管理计算机接收到外部RS422串行接口发来的数据帧数，每当接收到新信息时对计数器1进行累加；计数器2表示未接收到新数据的连续周期数；创建一个看门狗任务周期地查看计数器1，看门狗的周期与外部RS422串行接口的命令发送周期设为一致；

步骤7：每当看门狗检测到计时器1累加后，表示有新的消息接收，此时通讯状态为通讯正常，对计数器2清零；每当看门狗检测到计时器1未改变时，表示该周期没有新的消息接收，对计数器2加1；当计数器2的值大于10时，判定为通讯失败，此时看门狗继续监测计数器1，当监测到计数器1累加，则对接收到的新消息进行分析，若收到的消息为握手信息，则结束看门狗任务并握手应答，重新建立通讯过程，对计数器2清零；若收到的消息为命令信息，则判定为通讯恢复正常，计数器2清零，看门狗继续周期的监测计数器1。

有益效果

通过上述的通讯状态检测机制描述，无人机光电系统通过本发明可以实现以下几点：

1、当外部RS422串行接口向管理计算机发送信息通讯中断的情况下，管理计算机可实时检测到该通讯中断状态，并及时反馈至外部RS422串行接口。

2、若管理计算机与子系统通讯中断情况下，管理计算机可以检测到该通讯情况，并反馈至外部RS422串行接口。

3、若管理计算机与子系统之间通讯、管理计算机与外部RS422串行接口之间通讯均正常时，外部RS422串行接口发来的命令得不到有效执行时，则为相应子系统发生故障。

该通讯状态检测方法保证了无人机光电系统内部通讯状态检测节省了资源消耗，外部通讯状态检测提高了检测的实时性，可实现及时高效地向地面控制站提供更无人机光电系统状态信息，有效地避免地面控制站向无人机光电系统发送无效的指令。

附图说明

图1无人机光电系统指令信息内外部接口交联关系图。

图2是光电系统管理计算机板与子系统之间，即主从式通讯方式中管理计算机板的通讯状态检测流程。

图3是光电系统管理计算机板与通讯链路之间，即半主从式通讯方式中管理计算机从方的通讯状态检测流程。

具体实施方式

当前的无人机光电系统中，管理计算机与子系统之间、管理计算机与通外部接口之间均采用RS422串行通讯方式，如果对各RS422串行通讯状态进行检测，可向地面控制站提供无人机光电系统更完整的状态信息，在光电系统内部或外部通讯中断时，可避免地面控制站发送无效的指令。

本发明提供的串行通讯状态检测方法对管理计算机与子系统之间、管理计算机与外部RS422串行接口之间的通讯状态采用了不同的检测机制。

管理计算机与子系统之间的通讯方式采用主从通讯方式，所谓主从通讯方式是指管理计算机与子系统之间通讯建立后，管理计算机作为通讯主方主动向子系统发送指令，子系统作为通讯的从方在收到管理计算机的指令后进行应答，管理计算机可根据是否应答的情况判断与子系统的通讯状态。

光电系统上电后，管理计算机首先与各个子系统建立通讯，向子系统发送“握手请求”命令，子系统收到管理计算机的“握手请求”信息后，发送“握手应答”信息，管理计算机收到子系统“握手应答”后，通讯建立并开始正常通讯。

通讯建立后，管理计算机与子系统开始通讯，管理计算机与各子系统之间的通讯分为周期式通讯方式和触发式通讯方式，两种通讯方式下均可以检测管理计算机与子系统的通讯状态。周期式的通讯方式是管理计算机周期地向子系统发送自检指令，子系统收到周期自检指令后启动自检，并向管理计算机反馈正在自检的状态，自检结束后反馈该子系统的自检结果，管理计算机根据子系统是否反馈正在自检的情况判断通讯状态。周期式的通讯可以实时检测管理计算机与子系统之间的通讯状态。

触发式的通讯方式下也可检测管理计算机与子系统之间的通讯状态，触发式的通讯指管理计算机收到外部RS422串行接口发来的指令信息并经逻辑判断后向子系统发送执行指令，子系统收到指令并执行，执行结果反馈给管理计算机。管理计算机板发送给子系统的触发式命令分为有状态应答的指令和无状态应答的指令两类：有状态应答的指令待子系统执行完成后将新的状态上报给管理计算机，管理计算机根据子系统的是否上报执行结果进行通讯状态判断；无状态应答的指令，子系统不上报执行结果，但向管理计算机反馈确认应答，管理计算机根据子系统的反馈应答情况进行通讯状态判断。

上述分析可以总结为以下步骤：

步骤1：光电系统上电，管理计算机作为通讯的主方，向子系统发送握手命令建立通信，子系统作为通讯的从方，仅在收到管理计算机发来的指令后应答，不会主动向管理计算机发送信息。子系统若没有收到管理计算机的握手命令，或者收到握手命令后没有做出应答，或者应答信息没有被管理计算机接收到，管理计算机会因没有收到握手应答重新发送握手命令。如果管理计算机在发送三次握手命令之前收到子系统的应答，则表示管理计算机与子系统之间的通讯建立，判断通讯状态为通讯正常；如果管理计算机连续三次握手均没有收到子系统的握手应答，则表示管理计算机与子系统之间无法建立通讯，判断通讯状态为通讯故障，并将该状态反馈至外部RS422串行接口，最终返回至地面控制站，地面控制站根据管理计算机上报的状态明确了该子系统的相关命令无法得到有效执行。

步骤2：通讯建立成功后，管理计算机开始等待自检周期或者依据收到的外部信息向某一子系统发送操控指令；为了确保发送至子系统的命令均得到有序的执行，管理计算机发送命令时引入发送允许条件机制；所述发送允许条件机制为：当发往某一子系统上一帧命令处理结束后方允许向其发送下一帧指令，若管理计算机正在等待发往某一子系统的上一帧命令的应答时，发送条件为不允许，当有新信息需发送某一子系统，且此时的发送条件为允许时，管理计算机向某一子系统发送周期自检或操控指令。

步骤3：管理计算机向子系统发送指令后等待应答信息或状态信息；等待时间根据发送的指令确定：

若指令为子系统收到管理计算机的指令信息后立即应答的指令，则等待时间大于管理计算机到子系统命令传递时间与子系统到管理计算机的状态信息的传递时间之和。例如周期自检信息，子系统收到自检命令后，立即返回正在自检的状态，若命令信息从管理计算机传递到子系统所需要的时间是20μs，状态信息传递至管理计算机所需要的时间也是20μs，则系统发出周期自检命令后状态等待时间应大于40μs。

若指令为子系统收到管理计算的指令信息后开始执行，执行完成后向管理计算机发送应答信息或状态信息的指令，则等待时间大于指令信息从管理计算机传递到子系统的时间、子系统完成指令所需要的时间以及应答信息或状态信息从子系统传递到管理计算机所需要的时间之和。例如：红外热像仪视场切换所需要的时间为2秒，命令信息从管理计算机传递到红外热像仪统所需要的时间为20μs，状态信息传递给至管理计算机所需要的时间也为20μs，则管理计算机发送视场切换命令后状态等待时间应大于2s+40μs。

步骤4：若管理计算机在等待时间内没有收到应答信息或状态信息，则重新发送相同指令，若连续至少三次均没有收到子系统的应答，则向该子系统发送握手命令，若连续至少三次握手均未成功，则判断通讯状态为通讯故障，并上报地面控制站。

例如，管理计算机向子系统发送周期自检可实时获取通讯状态，子系统收到自检命令后，进行自检，并反馈正在自检，管理计算机收到正在自检的状态后，表示通讯正常，若管理计算机等待时间内未收到子系统反馈的正在自检状态，则表示管理计算机与子系统在该周期内没有通讯成功，则重新发送该自检信息，若连续三次重发均未得到应答，则向该子系统发送握手命令来确认通讯状态，若三次握手均未成功，则通讯失败，否则通讯正常。

再例如，管理计算机收到外部RS422串行接口发来的命令时，经过逻辑处理后需向相应的子系统发送执行指令，该过程也可判断管理计算机与子系统的通讯状态。管理计算机向子系统发送执行命令分为两种:一种是引起子系统的状态的反转，子系统状态改变后向管理计算机回报执行后的状态，例如管理计算机向红外热像仪子系统发送视场减小命令，红外热像仪若当前为大视场则切换为小视场，并将该状态回报给管理计算机；另外一类命令是未引起子系统相应状态改变的命令，该类命令虽然不向管理计算机反馈执行后的状态，但是要向管理计算机应答收到命令，例如管理计算机向红外热像仪子系统发送参数存储命令，红外热像仪子系统收到命令后向管理计算机发送一帧应答信息，供管理计算机判断通讯状态。管理计算机发出执行命令后，等待时间内若收到子系统的状态信息或应答信息，则表示通讯正常，若等待时间内未收到子系统的状态信息或应答信息，则重新发送该命令信息，若连续重发三次均未得到应答，则向该子系统发送握手命令来确认通讯状态，若三次握手均未成功，则通讯失败，否则通讯正常。

管理计算机与外部RS422串行接口之间采用半主从的通讯方式，所谓半主从的通讯方式，外部RS422串行接口作为通讯的主方主动向管理计算机发送指令信息，管理计算机执行指令后将执行状态反馈给外部RS422串行接口，同时管理计算机主动进行周期自检，并将自检结果发送给外部RS422串行接口。

管理计算机与外部RS422串行接口之间的通讯过程如下：光电系统上电后管理计算机等待外部RS422串行接口发来的“上电握手”命令，收到“上电握手”命令后，发送“握手应答”信息，通讯建立并开始正常通讯。外部RS422串行接口周期地向管理计算机发送命令信息，管理计算机收到命令执行完成后向外部RS422串行接口应答。同时，通讯建立后，管理计算机对外部RS422串行接口发来的周期命令进行监测，若连续若干个周期都没收到新的命令数据，则通讯中断，通讯状态在中断的条件下，管理计算机仍然周期监控外部RS422串行接口发来的命令信息，若收到外部RS422串行接口发来的新的命令信息，则判断通讯状态恢复为正常。

具体系统管理计算机与外部RS422串行接口半主从通讯方式，通讯状态检测机制如图3所示。因为外部RS422串行接口与管理计算机之间采用的是周期通讯，即外部RS422串行接口周期地向管理计算机发送信息，管理计算机作为通讯的从方，不能通过主动向外部RS422串行接口发送信息并等待应答来检测通讯状态，但可利用其周期通讯的可预测性来判断通讯状态。

可管理计算机与外部RS422串行接口半主从通讯状态检测，可总结为以下步骤：

步骤5：光电系统上电，管理计算机等待外部RS422串行接口发来的握手信息，收到握手信息后，向外部RS422串行接口发送握手应答信息，管理计算机与外部RS422串行接口之间通讯建立，通讯状态为正常。

步骤6：通讯建立后，管理计算机作为通讯的从方，周期地向外部RS422串行接口发送自检状态，可以实现在外部RS422串行接口向管理计算机发送信息通讯中断的情况下，实时检测到该通讯中断状态，并反馈至外部RS422串行接口。

同时，管理计算机创建两个计数器，计数器1标志系统管理计算机接收到外部RS422串行接口发来的数据帧数，每当接收到新信息时对计数器1进行累加；计数器2表示未接收到新数据的连续周期数；创建一个看门狗任务周期地查看计数器1，为了提高通讯检测的实时性，看门狗的周期与外部RS422串行接口的命令发送周期设为一致，理论上每接收一帧数据，看门狗程序查看一次。

步骤7：每当看门狗检测到计时器1累加后，表示有新的消息接收，此时通讯状态为通讯正常，对计数器2清零；每当看门狗检测到计时器1未改变时，表示该周期没有新的消息接收，对计数器2加1；当计数器2的值大于10时，判定为通讯失败，此时看门狗继续监测计数器1，当监测到计数器1累加，也就是接收到新消息，则对接收到的新消息进行分析，若收到的消息为握手信息，则结束看门狗任务并握手应答，重新建立通讯过程，对计数器2清零；若收到的消息为命令信息，则判定为通讯恢复正常，计数器2清零，看门狗继续周期的监测计数器1。

Claims (1)

1.一种无人机光电系统串行通讯状态检测方法，其特征在于：

对于管理计算机与光电系统内部子系统之间的主从方式串行通讯，采用以下步骤进行串行通讯状态检测：

步骤1：光电系统上电，管理计算机向子系统发送握手命令；若管理计算机连续至少三次握手均没有收到子系统的握手应答，则判断通讯状态为通讯故障，并上报地面控制站；否则表示管理计算机与子系统之间的通讯建立，进入步骤2；

步骤2：通讯建立成功后，管理计算机开始等待自检周期或者依据收到的外部信息向某一子系统发送操控指令；其中管理计算机发送命令时引入发送允许条件机制；所述发送允许条件机制为：当发往某一子系统上一帧命令处理结束后方允许向其发送下一帧指令，若管理计算机正在等待发往某一子系统的上一帧命令的应答时，发送条件为不允许，当有新信息需发送某一子系统，且此时的发送条件为允许时，管理计算机向某一子系统发送周期自检或操控指令；

步骤3：管理计算机向子系统发送指令后等待应答信息或状态信息；等待时间根据发送的指令确定：若指令为子系统收到管理计算机的指令信息后立即应答的指令，则等待时间大于管理计算机到子系统命令传递时间与子系统到管理计算机的状态信息的传递时间之和；若指令为子系统收到管理计算的指令信息后开始执行，执行完成后向管理计算机发送应答信息或状态信息的指令，则等待时间大于指令信息从管理计算机传递到子系统的时间、子系统完成指令所需要的时间以及应答信息或状态信息从子系统传递到管理计算机所需要的时间之和；

步骤4：若管理计算机在等待时间内没有收到应答信息或状态信息，则重新发送相同指令，若连续至少三次均没有收到子系统的应答，则向该子系统发送握手命令，若连续至少三次握手均未成功，则判断通讯状态为通讯故障，并上报地面控制站；

对于管理计算机与外部RS422串行接口之间的半主从方式通讯，采用以下步骤进行串行通讯状态检测：

步骤5：光电系统上电，管理计算机等待外部RS422串行接口发来的握手信息，收到握手信息后，向外部RS422串行接口发送握手应答信息，管理计算机与外部RS422串行接口之间通讯建立；

步骤6：通讯建立后，管理计算机作为通讯的从方，周期地向外部RS422串行接口发送自检状态；同时，管理计算机创建两个计数器，计数器1标志管理计算机接收到外部RS422串行接口发来的数据帧数，每当接收到新信息时对计数器1进行累加；计数器2表示未接收到新数据的连续周期数；创建一个看门狗任务周期地查看计数器1，看门狗的周期与外部RS422串行接口的命令发送周期设为一致；

步骤7：每当看门狗检测到计时器1累加后，表示有新的消息接收，此时通讯状态为通讯正常，对计数器2清零；每当看门狗检测到计时器1未改变时，表示该周期没有新的消息接收，对计数器2加1；当计数器2的值大于10时，判定为通讯失败，此时看门狗继续监测计数器1，当监测到计数器1累加，则对接收到的新消息进行分析，若收到的消息为握手信息，则结束看门狗任务并握手应答，重新建立通讯过程，对计数器2清零；若收到的消息为命令信息，则判定为通讯恢复正常，计数器2清零，看门狗继续周期的监测计数器1。

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