CN113467440A - 一种航行控制器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种航行控制器。该航行控制器符合VPX标准，包括机箱、背板及功能模块；该背板固定于机箱上，提供有接入槽位；该功能模块以插卡的形式，通过该接入槽位接入该航行控制器；该航行控制器应用于船艇，该功能模块包括：冗余电源模块，用于为该航行控制器提供冗余电源；冗余通信模块，用于为该航行控制器提供同构冗余网络及异构冗余网络进行通信；信息处理模块，用于对该船艇的传感器所采集到的传感器数据进行处理，并将处理结果发送至控制模块；控制模块，用于根据接收到的处理结果向船艇的组件发送控制指令，实现对船艇的控制。本申请方案可将船艇的控制系统所需的各个功能集成到航行控制器内，降低设计难度，提升控制系统的稳定性。
Description
技术领域
本申请属于船艇控制技术领域，尤其涉及一种航行控制器。
背景技术
随着无人船艇技术的不断发展，无人船艇所需集成的功能的数量也日渐增多；同时，各功能的复杂程度也逐渐提高。当前，多数无人船艇的控制系统仍采用分立的功能模块，这给该控制系统的安装布置、电源供给、密封防护及线缆接线带来了更高的设计难度。
发明内容
本申请提供了一种航行控制器，可将船艇的控制系统所需要的各个功能集成到该航行控制器内，降低设计难度，提升控制系统的稳定性。
本申请所提供了的航行控制器，符合VPX标准，包括机箱、背板及功能模块；上述背板固定于上述机箱上，且提供有接入槽位；上述功能模块以插卡的形式，通过上述接入槽位接入上述航行控制器；上述航行控制器应用于船艇，上述功能模块包括：冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块及至少一个信息处理模块；
其中，上述冗余电源模块，用于为上述航行控制器提供冗余电源；
上述冗余通信模块，用于为上述航行控制器提供同构冗余网络及异构冗余网络进行通信；
上述信息处理模块，用于对上述船艇的传感器所采集到的传感器数据进行处理，并将处理结果发送至上述控制模块；
上述控制模块，用于根据接收到的上述处理结果向上述船艇的组件发送控制指令，实现对上述船艇的控制。
本申请与现有技术相比存在的有益效果是：航行控制器满足VPX标准，各个功能模块可以通过插卡的形式插入机箱的背板上接入航行控制器，这可使得航行控制器的可拓展性大大增强。该航行控制器有着几个基本的功能模块，包括冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块及至少一个信息处理模块。其中，冗余电源模块可实现航行控制器的稳定供电，冗余通信模块可实现航行控制器的稳定通信，二者均提升了航行控制器的稳定性。而信息处理模块可根据实际业务需求进行开发，以实现对应的信息处理，并经由控制模块实现对船艇的整体控制，提升了航行控制器的可操作性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的航行控制器的功能模块的结构框图；
图2是本申请实施例提供的网络切换的具体实现流程示意图；
图3是本申请实施例提供的航行控制器的框架示例图；
图4是本申请实施例提供的航行控制器的硬件架构示例图；
图5是本申请实施例提供的航行控制器的另一硬件架构示例图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
为了说明本申请上述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请实施例提出了一种航行控制器，下面对该航行控制器的构成进行解释及说明。该航行控制器满足VPX标准，包括机箱、背板及多个功能模块。其中，背板固定于机箱上，且背板提供有多个接入槽位；每个功能模块可以插卡的形式，通过背板上的接入槽位接入到航行控制器中。也即，可根据实际应用情况选择所需的功能模块，并将这些功能模块以插卡的形式装载到统一的一个航行控制器中。可以理解，该航行控制器为了保障各功能模块的正常运行，为各功能模块提供了防水密封、散热及电磁兼容的工作环境。
本申请实施例中，该航行控制器应用于船艇，例如无人船艇或有人船艇等，主要实现对船艇航行的智能化控制；相应地，请参阅图1，航行控制器所装载的功能模块可以包括：
冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块及至少一个信息处理模块(图1中仅示出1个)。
下面对各个功能模块的作用进行解释及说明：
该冗余电源模块，用于为航行控制器提供冗余电源。具体地，该冗余电源模块包括主电源模块及备电源模块，二者均可为航行控制器提供所需的电源。也即，该冗余电源模块实际包含两个电源模块，可以应对较为恶劣的水上环境：即使出现单个电源模块故障的情况，也能够通过另一电源模块继续为航行控制器提供所需电源。例如，正常情况下，由主电源模块为航行控制器提供电源；一旦主电源模块故障，导致主电源模块无法继续为控制提供电源，则可立即切换由备电源模块为航行控制器提供电源，保障航行控制器能继续正常运行。可以理解，该主电源模块及备电源模块的输入分别是两路独立电源，例如两组独立的蓄电池组，或两组独立的发电机组等；当其中一组独立电源或电源传输线缆出问题时，只要另一组独立电源还正常，则本航行控制器还可保持正常工作。
该冗余通信模块，用于为该航行控制器提供同构冗余网络及异构冗余网络进行通信。具体地，该冗余通信模块所提供的网络可以包括：第一控制器局域网络(ControllerArea Network，CAN)，记作CAN1；第二控制器局域网络，记作CAN2；第一高速局域网络(LocalArea Network，LAN)，记作LAN1；第二高速局域网络，记作LAN2。由此可知，CAN1及CAN2构成了同构冗余网络；LAN1及LAN2也构成了同构冗余网络；同时，CAN(包括CAN1及CAN2)及LAN(包括LAN1及LAN2)又构成了异构冗余网络。通过该同构冗余网络及异构冗余网络，使用该航行控制器的船艇大大提升了控制的鲁棒性。
该信息处理模块，用于对该船艇的传感器所采集到的传感器数据进行处理，并将处理结果发送至控制模块。实际上，研发人员可在遵循VPX协议的前提下自定义所需要的信息处理模块，以完成不同的信息处理，此处不作限定。
该控制模块，用于根据接收到的处理结果向该船艇的组件发送控制指令，实现对该船艇的控制。
在一些实施例中，对于任一信息处理模块来说，其均可根据自身所传输的数据的类型，确定CAN1、CAN2、LAN1及LAN2的优先级，并根据优先级由高至低的顺序选择网络状态正常的网络进行通信，实现数据的传输。
仅作为示例，若信息处理模块所传输的数据主要为图像数据，则确定LAN的优先级高于CAN的优先级；也即，在LAN与CAN均网络状态正常的情况下，优先使用LAN进行通信。若LAN出现网络堵塞或者网络失效导致LAN心跳信号超时，则为保证数据传输，信息处理模块可切换使用CAN作为船艇控制的后备通信网络。也即，功能模块会在网络状态正常的网络中，使用优先级更高的网络进行通信。
在一些实施例中，由于水上环境较为恶劣，可能出现网络故障的情况，因而，对于任一信息处理模块来说，均可对其当前所使用的网络(记作当前网络)的网络状态进行监测。一旦监测发现当前网络的网络状态异常，则可根据已确定的优先级由高至低的顺序，切换使用除当前网络外的其它网络，以保障数据传输的正常进行。请参阅图2，该网络切换的过程具体为：
A1、检测当前网络是否为最高优先级，若是，则执行步骤A2，若否，则执行步骤A4。
A2、检测是否存在第一目标网络，若存在，则执行步骤A3。
其中，第一目标网络指的是：优先级不高于当前网络的优先级，且网络状态正常的网络。
A3、使用第一目标网络进行通信。
也即，切换使用第一目标网络。需要注意的是，若存在两个以上的的第一目标网络，则切换至优先级最高的第一目标网络进行通信。
A4、检测是否存在第二目标网络，若存在，则执行步骤A5，若不存在，则执行步骤A3。
其中，第二目标网络指的是：优先级不低于当前网络的优先级，且网络状态正常的网络
A5、使用第二目标网络进行通信。
也即，切换使用第二目标网络。需要注意的是，若存在两个以上的的第二目标网络，则切换至优先级最高的第二目标网络进行通信。
举例来说，某一信息处理模块所传输的数据为图像数据，则可设定优先级由高至低的顺序为：LAN1＝LAN2＞CAN1＝CAN2。也即，该信息处理模块优先接入LAN来进行数据传输。假定信息处理模块初始接入LAN1，若监测到LAN1的网络状态异常，则可切换接入至LAN2。假定又监测到LAN2的网络状态也异常，则可切换至CAN1，也可切换至CAN2。以切换至CAN1为例，若在切换至CAN1后，假定又监测到CAN1的网络状态异常，且LAN1的网络状态已恢复正常，则又可切换至LAN1。由此，通过同构冗余网络及异构冗余网络，可进一步保障信息处理模块的正常通信。
当然，在信息处理模块的当前网络不为最高优先级的情况下，也可以是：一旦发现最高优先级的网络的网络状态恢复正常，则立即切换至该最高优先级的网络。例如，在上例中，信息处理模块切换至CAN1后，即便CAN1的网络状态一直保持正常，但只要监测发现最高优先级的LAN1或LAN2的网络状态恢复正常，则可立即切换至该网络状态恢复正常的LAN1或LAN2。
在一些实施例中，信息处理模块可通过发布/订阅模式，对所订阅的网络的心跳包进行监听；若监听到某一网络的心跳包丢失，则可确定该网络的网络状态异常。由此，可使得各个信息模块均可快速知道所订阅的网络的网络状态是否异常，并以此决定是否需要切换网络。
在一些实施例中，航行控制器的功能模块还包括有自毁存储模块。该自毁存储模块，用于在存储硬盘中存储各个信息处理模块的数据；以及，在该自毁存储模块接收到自毁信号时，销毁存储硬盘中自毁信号所指示的信息处理模块的数据。
自毁存储模块内包含有存储硬盘，该存储硬盘具体为串口(Serial AdvancedTechnology Attachment，SATA)硬盘。该存储硬盘的SATA线可根据实际应用需求进行选配；也即，每个信息处理模块的SATA信号接口均可引入到该自毁存储模块，实现该信息处理模块的数据的存储。该自毁存储模块可实现对单个信息处理模块的数据的销毁，也可实现对所有信息处理模块的数据的销毁。具体地，可由控制模块向该自毁存储模块发送自毁信号，由此即可实现对存储硬盘中所存储的所有信息处理模块的数据的销毁；当然，也可由任一信息处理模块向该自毁存储模块发送自毁信号，由此实现对存储硬盘中所存储的该信息处理模块(也即发送该自毁信号的信息处理模块)的数据的销毁。
可以理解的是，自毁存储模块所支持的销毁的方式有两种，一种是物理销毁，另一种是逻辑擦除销毁；其中，物理销毁指的是以物理方式损坏存储硬盘；逻辑擦除销毁指的是擦除存储硬盘中所要销毁的数据。显然，物理销毁相比于逻辑擦除销毁，更具破坏性；也即，物理销毁相比于逻辑擦除销毁来说，被销毁的数据更难以找回，销毁程度更高。基于此，自毁信号中还可携带销毁等级，用以表示期望的销毁程度。控制模块及信息处理模块可在紧急事件发生后，根据当前该紧急事件的实际情况分析获得销毁等级，并由此生成携带该销毁等级的自毁信号，以告知自毁存储模块应采用何种销毁的方式进行数据销毁。
在一些实施例中，虽然航行控制器已尽可能的为各功能模块提供了防水密封、散热及电磁兼容的工作环境，但是，由于航行控制器应用于船艇上，其难以避免的会出现水汽渗入的情况，可能导致各功能模块受到影响。基于此，航行控制器的功能模块还包括有干燥模块，该干燥模块由干燥剂组成，其也表现为插卡的形式，可插入到背板上的接入槽位，以节约机箱空间和便于及时更换。该干燥模块可用于吸收机箱所处环境的水分，进一步保障机箱内环境的干燥。
仅作为示例，请参阅图3，图3给出了航行控制器的框架示例。该航行控制器中包含冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块、自毁存储模块及如下信息处理模块：感知识别信息融合模块、决策规划航行控制模块、任务载荷监控处理模块、智能感知学习处理模块、光电控制接口处理模块及无人船艇线控交互模块，此处不作限定，可由研发人员根据实际需求自定义不同的信息处理模块。可以理解，这些信息处理模块可兼容各类型的CPU芯片，例如因特尔芯片及国产芯片等，同时也可兼容GPU芯片，此处不作限定。
仅作为示例，请参阅图4，图4给出了航行控制器的一种硬件架构示例。各个接入槽位的顺序如图4排列，以插入对应的功能模块的插板。其中，主电源板及备电源板对应电源冗余模块；空槽位干燥剂对应干燥模块；信息处理板1-8均对应信息处理模块，其中，信息处理板1-4用于基本的信息处理，信息处理板5-8用于基于智能学习的信息处理；基本控制板对应控制模块；交换机板1及交换机板2对应冗余通信模块，自毁存储板对应自毁存储模块。
可以看到，在该图4中，对于LAN网络来说，基本控制板仅接入一个LAN网络(也即LAN2)，这是因为基本控制板通常仅传输控制指令，该控制指令非图像类数据，因而可无需对基本控制板应用LAN网络的同构冗余。
并且，在该图4中，基本控制板可引出多个网口/串口，包括：2个CAN口、1个LAN口、3个RS232口、2个RS422口、8个AD口、8个DI口及8个DO口等；其它各个信息处理板也可根据需求灵活配置引出网口/串口，此处不作限定。同时，根据实际的业务需求，可以选定若干个信息处理板对存储硬盘进行逻辑划分，以使得存储硬盘对应存储这些已选定的信息处理板的数据；也即，选定若干个信息处理板与自毁存储板绑定。例如，图4中的信息处理板2、4及6就被选定为通过存储硬盘进行数据存储，其可与该自毁存储板相连，实现数据的存储及销毁。需要注意的是，该图4并不构成对接入槽位的顺序的限定，例如，该接入槽位的顺序也可以根据实际需求进行镜像反转等。
仅作为示例，请参阅图5。图5给出了航行控制器的另一种硬件架构示例。各个接入槽位的顺序如图5排列，以插入对应的功能模块的插板。该图5与图4相比，其最大区别在于：未将自毁存储板与信息处理板绑定，而是通过自毁SATA线对可接入的信息处理板根据实际需求进行选配。信息处理板1-8分别有对应的SATA信号的接口，可通过SATA跳线连接到自毁存储板，使得各个信息处理板可根据实际需求触发数据的存储及自毁。除此之外，功能模块所引出的网口/串口也可根据实际需求进行调整，例如，图5中的信息处理板5-8相比图4中的信息处理板5-8来说，多引出了1个RS422口。
实际上，通过图4及图5可知，本申请实施例提供的航行控制器的硬件架构具有很强的灵活性，在遵循该航行控制器的设计理念的基础下，研发人员可根据实际需求对其硬件架构进行调整，此处不作限定。
由上可见，本申请实施例中，航行控制器满足VPX标准，各个功能模块可以通过插卡的形式插入机箱的背板上接入航行控制器，这可使得航行控制器的可拓展性大大增强。该航行控制器有着几个基本的功能模块，包括冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块及至少一个信息处理模块。其中，冗余电源模块可实现航行控制器的稳定供电，冗余通信模块可实现航行控制器的稳定通信，二者均提升了航行控制器的稳定性。而信息处理模块可根据实际业务需求进行开发，以实现对应的信息处理，并经由控制模块实现对船艇的整体控制，提升了航行控制器的可操作性。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模组及方法步骤，能够以电子硬件、或者外部设备软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种航行控制器，其特征在于，所述航行控制器符合VPX标准，包括机箱、背板及功能模块；所述背板固定于所述机箱上，且提供有接入槽位；所述功能模块以插卡的形式，通过所述接入槽位接入所述航行控制器；所述航行控制器应用于船艇，所述功能模块包括：冗余电源模块、冗余通信模块、控制模块及至少一个信息处理模块；
其中，所述冗余电源模块，用于为所述航行控制器提供冗余电源；
所述冗余通信模块，用于为所述航行控制器提供同构冗余网络及异构冗余网络进行通信；
所述信息处理模块，用于对所述船艇的传感器所采集到的传感器数据进行处理，并将处理结果发送至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据接收到的所述处理结果向所述船艇的组件发送控制指令，实现对所述船艇的控制。
2.如权利要求1所述的航行控制器，其特征在于，所述冗余通信模块，用于为所述航行控制器提供第一控制器局域网络、第二控制器局域网络、第一高速局域网络及第二高速局域网络。
3.如权利要求2所述的航行控制器，其特征在于，针对每个信息处理模块，所述信息处理模块，用于根据自身所传输的数据的类型，确定所述第一控制器局域网络、所述第二控制器局域网络、所述第一高速局域网络及所述第二高速局域网络的优先级，并根据所述优先级由高至低的顺序选择网络进行通信。
4.如权利要求3所述的航行控制器，其特征在于，所述根据所述优先级由高至低的顺序选择网络进行通信，包括：
监测当前网络的网络状态；
若当前网络的网络状态异常，则根据所述优先级由高至低的顺序，使用除所述当前网络外的其它网络进行通信。
5.如权利要求4所述的航行控制器，其特征在于，所述根据所述优先级由高至低的顺序，使用除所述当前网络外的其它网络进行通信，包括：
检测所述当前网络是否为最高优先级；
若所述当前网络为最高优先级，则检测是否存在第一目标网络，所述第一目标网络为：优先级不高于所述当前网络的优先级，且网络状态正常的网络；
若存在所述第一目标网络，则使用所述第一目标网络进行通信；
若所述当前网络不为最高优先级，则检测是否存在第二目标网络，所述第二目标网络为：优先级不低于所述当前网络的优先级，且网络状态正常的网络；
若存在所述第二目标网络，则使用所述第二目标网络进行通信；
若不存在所述第二目标网络，则检测是否存在所述第一目标网络；
若存在所述第一目标网络，则使用所述第一目标网络进行通信。
6.如权利要求4所述的航行控制器，其特征在于，所述监测当前网络的网络状态，包括：
对所述当前网络的心跳包进行监听；
若监听到所述当前网络的心跳包丢失，则确定所述当前网络的网络状态异常。
7.如权利要求1所述的航行控制器，其特征在于，所述功能模块还包括：
自毁存储模块，用于在存储硬盘中存储各个信息处理模块的数据；以及，在所述自毁存储模块接收到自毁信号时，销毁所述存储硬盘中所述自毁信号所指示的信息处理模块的数据。
8.如权利要求7所述的航行控制器，其特征在于，所述在所述自毁存储模块接收到自毁信号时，销毁所述自毁信号所指示的信息处理模块的数据，包括：
若所述自毁信号为所述控制模块发送的自毁信号，则在所述存储硬盘中，销毁所有信息处理模块的数据；
若所述自毁信号为任一信息处理模块发送的自毁信号，则在所述存储硬盘中，销毁发送所述自毁信号的信息处理模块的数据。
9.如权利要求7所述的航行控制器，其特征在于，销毁的方式包括：物理销毁及逻辑擦除销毁；其中，所述物理销毁为：以物理方式损坏所述存储硬盘；所述逻辑擦除销毁为：擦除所述存储硬盘中所要销毁的数据。
10.如权利要求1所述的航行控制器，其特征在于，所述功能模块还包括：干燥模块，所述干燥模块由干燥剂组成，用于吸收所述机箱所处环境的水分。
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