CN206848812U - 基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 - Google Patents
基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206848812U CN206848812U CN201720613582.XU CN201720613582U CN206848812U CN 206848812 U CN206848812 U CN 206848812U CN 201720613582 U CN201720613582 U CN 201720613582U CN 206848812 U CN206848812 U CN 206848812U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- control system
- module
- unmanned boat
- processors
- bank end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 45
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 11
- 238000005183 dynamical system Methods 0.000 claims description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N diphenylamine Chemical compound C=1C=CC=CC=1NC1=CC=CC=C1 DMBHHRLKUKUOEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000015654 memory Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台，包括：岸端控制系统、船载控制系统及连接岸端控制系统与船载控制系统的通信系统。ARM Cortex‑M7处理器工作频率高达800MHz,取代了绝大多数分立的DSP处理器，它采用分支预测的6级超标量流水线，这样可以同时支持单精度和双精度浮点单元，快速提供计算性能，具有紧密耦合内存接口，提供快速实时响应。
Description
技术领域
本实用新型属于计算机通信及自动化领域，尤其涉及一种基于ARM Cortex-M7处理器的无人船平台。
背景技术
无人船平台在保护海洋环境和开发海洋资源方面有着广泛应用，搭载不同的传感器系统可以完成各种各样的任务，是监测海洋环境、观测海洋水文数据、勘探海洋资源和海洋灾害预警的重要手段之一。在军事方面无人船也扮演着重要的角色，它能够完成的军事任务有：港口安全，扫雷和靶船等。在工业上可用于一些水中设备的远程维护，工业开采等方面。在民用方面，可作为娱乐用途，也可用于钓鱼，还可以用于探索鱼群等。无论在科研方面，还是军事方面，或者工业上以及民用方面，都有着广阔的应用前景。
随着无人船在各个领域应用的逐步扩展，对无人船的要求也越来越高，无论是在导航的精度及准确性，还是避障的及时性，还是无人船控制系统所占体积，亦或是无人船的兼容性和可扩展性，都提出了很严苛的要求。无人船应用在不同的领域，需搭载不同的传感器，这对无人船控制系统的兼容性和可扩展性提出了很高的要求。且随着无人船功能特性的增加，以及所应对的环境越来越复杂，需要处理的数据量也在极速增加，这就需要无人船处理器有更高的数据处理、数据分析以及数据传输能力。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于ARM Cortex-M7处理器的无人船平台，具有良好的兼容性和可扩展性，搭载不同的信息采集模块可以完成各种各样的任务；利用GPS/北斗定位模块传与捷联式惯性导航模块组合导航，提高了导航、定位的精度；提高控制系统的兼容性和可扩展性、以及远程维护和升级能力，提高无人船的续航能力。
为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是构建一种基于ARM Cortex-M7处理器的无人船平台，包括岸端控制系统、船载控制系统及连接岸端控制系统与船载控制系统的通信系统；
岸端控制系统用于自动或/和手动实时控制无人船，并实时显示无人船状态信息及周边环境信息，以及向船载控制系统发送命令，包括岸端上位机、遥控器；
船载控制系统主要用于实现无人船自主航行及自主避障，视频拍摄及传输，以及接收岸端上位机发来的命令并实时传送相关数据给上位机；通信系统是整个平台沟通的桥梁。所述的船载控制系统包括ARM Cortex-M7处理器、信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块及动力系统；ARM Cortex-M7处理器分别与信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块相连，动力系统为船载控制系统提供电能；
所述通信系统设有：两个无线数传电台，其中一个通过RS232转USB转接板与岸端上位机连接，另一个与ARM Cortex-M7处理器连接，两个无线数传电台采用MAVLink 协议实现数据传输两个无线图传模块，其中一个与岸端上位机连接，另一个与视频传输模块连接，实现视频传输，以及配置在无线数传电台与无线图传模块上的若干增益天线。
具体地，所述岸端上位机以PC机为载体，无线数传电台有两个，采用全双工无线通信方式，一个通过RS232转USB转接板与PC机连接，一个通过RS232接口与ARM Cortex-M7处理器连接，采用MAVLink协议实现数据传输，最远传输距离可达64Km。无线图传模块有两个，采用半双工无线通信方式，一个与PC机连接，一个与摄像机连接，实现视频传输，最远传输距离可达23Km。无线数传电台与无线图传模块均配置高增益天线。所述无线数传电台为9XTend OEMRF低功耗模块，无线图传模块为AOMWAY 5.8G无线图传模块。
所述信息采集模块包括：GPS/北斗定位模块，用于采集无人船的当前位置、当前航向、当前航速；捷联式惯性导航模块，用于采集当前航向、当前航速、姿态信息；激光雷达，用于采集周围环境中障碍物信息；接收机，用于接收岸端控制系统的遥控器的遥控指令。
所述驱动模块包括电调、电机及舵机。
锂电池电压为12V，为ARM Cortex-M7处理器、电调、无线图传模块供电。通过稳压降压模块将12V电源电压降为5V电压输出，供电给舵机、GPS/北斗定位模块和激光雷达。
具体地，动力系统包括锂电池、稳压降压模块。
本实用新型利用GPS/北斗定位模块传与捷联式惯性导航模块组合导航，提高了导航、定位的精度；本实用新型极大的缩小了控制系统所占体积，为搭载不同传感器实现无人船不同的使用功能，提供了一个良好的无人船平台。
附图说明
图1为无人船平台实施例的结构图。
具体实施方式
随着无人机技术的兴起，各种无人设备得到广泛应用，无人船在科研方面，军事方面，工业上以及民用方面，得到越来越多的应用，因此本实用新型提供一种基于ARMCortex-M7处理器的无人船平台，包括无人船岸端控制系统、船载控制系统以及连接岸端控制系统与船载控制系统的通信系统，有无人船自动、手动或自动与手动同时控制三种模式，可实现无人船的自主航行、自主避障、路径规划及视频传输等基本功能。利用GPS/北斗定位模块传与捷联式惯性导航模块组合导航，提高了导航、定位的精度。
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型再作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型采取的技术方案是构建一种基于ARM Cortex-M7处理器的无人船平台，包括岸端控制系统、船载控制系统及连接岸端控制系统与船载控制系统的通信系统；岸端控制系统用于自动或/和手动实时控制无人船，并实时显示无人船状态信息及周边环境信息，以及向船载控制系统发送命令，包括岸端上位机、遥控器；船载控制系统主要用于实现无人船自主航行及自主避障，视频拍摄及传输，以及接收岸端上位机发来的命令并实时传送相关数据给上位机；通信系统是整个平台沟通的桥梁。所述的船载控制系统包括ARM Cortex-M7处理器、信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块及动力系统；ARM Cortex-M7处理器分别与信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块相连，动力系统为船载控制系统提供电能；
所述通信系统设有：两个无线数传电台，采用全双工无线通信方式，其中一个通过RS232转USB转接板与岸端上位机连接，另一个与ARM Cortex-M7处理器连接，两个无线数传电台采用MAVLink协议实现数据传输，最远传输距离可达64Km。两个无线图传模块，采用半双工无线通信方式，其中一个与岸端上位机连接，另一个与视频传输模块连接，实现视频传输最远传输距离可达23Km。所述无线数传电台为9XTend OEMRF低功耗模块，无线图传模块为AOMWAY 5.8G无线图传模块。
具体地，所述ARM Cortex-M7处理器用于接收上位机发送的指令、向上位机发送指令及读取各式传感器的数据并进行处理，其工作频率高达800MHz,取代了绝大多数分立的DSP处理器，它采用分支预测的6级超标量流水线，这样可以同时支持单精度和双精度浮点单元，快速提供计算性能，适合大规模的数字信号处理，具有紧密耦合内存接口，提供快速实时响应。拟采用基于ARM Cortex-M7处理器的开发板-STM32F7 Discovery作为无人船的嵌入式开发平台，该开发板216MHz的CPU频率、1024KB闪存、320KB SRAM。
具体地，所述信息采集模块主要是各式传感器和接收机，包括GPS/北斗定位模块、捷联式惯性导航模块、激光雷达，用于采集无人船的当前位置、当前航向、当前航速、姿态信息及周围环境中障碍物信息，一方面将这些信息发送给自主航行系统和自主避障系统，另一方面，通过无线数传模块传回岸端控制系统。利用GPS/北斗定位模块与捷联式惯性导航模块组合导航，通过卡尔曼滤波得到当前位置、当前航向及当前航速信息。
所述遥控器通过2.4G无线网络发送信号给接收机，接收机与STM32F7Discovery的IO口相连，STM32F7Discovery通过输入捕获方式读取接收机的占空比信号后来控制电机及舵机，进而实现用遥控器手动遥控操作无人船的航向及航速。
进一步地，所述GPS/北斗定位模块通过串口与STM32F7Discovery连接，STM32F7Discovery读取GPS的数据信息并提取其中的经度、纬度、所在经纬度半球、航向、航速信息。GPS/北斗定位模块为正点原子GPS+北斗双定位模块S1216。
进一步地，所述激光雷达内嵌信号处理模块实时解算，通过串口与STM32F7Discovery连接，直接输出障碍物的距离以及相对方位角度给STM32F7Discovery，减少了MCU的运算量。激光雷达为EAI Flash Lidar激光雷达F4，基于三角测距技术原理，可实时获取所在环境的高精度轮廓信息。
进一步地，所述捷联式惯性导航模块通过IIC接口与STM32F7Discovery连接，通过航向、姿态解算及导航解算获得无人船的航向、姿态、位置及速度。捷联式惯性导航模块为MPU9250九轴传感器。
更进一步地，所述组合导航为以MPU9250九轴传感器为主，正点原子GPS+北斗双定位模块S1216对MPU9250九轴传感器进行修正。通过Kalman滤波技术对组合导航的误差状态进行估计,并采用反馈校正的方法修正捷联式惯性导航模块的导航误差，得到最终的当前位置、当前航速与当前航向。
所述的ARM Cortex-M7处理器可根据信息采集模块的数据实现自主航行、自主避障功能，实现自主航行、自主避障所采用的控制方法均为现有技术，控制方法均可以为通过信息采集模块采集到的信号与设定的阈值比较的方式进行，当两者偏差超过设偏差后即进行航速或航向的调整。其中自主航行系可根据无人船的当前位置、当前航向与当前航速，与岸端上位机规划好的航线比较，PID控制实时输出给定航向偏差、给定航速给方向及速度控制系统。自主避障可根据EAI Flash Lidar激光雷达F4检测到的障碍物信息，输出给定航向差、给定速度给方向及速度控制系统来实时躲避障碍物。
具体地，所述电池电压检测系统通过电压检测模块来检测无人船的电池电压状态，并将电池电压信息通过无线数传电台传回单端控制系统，在低电压状态时，发出警报便于采取应对措施。电压检测模块将电池电压缩小5倍后作为STM32F7DiscoveryA/D 采样IO口的输入，STM32F7Discovery对此电压进行简单对比后算出实际电源电压，以此判断无人船的续航能力。
具体地，所述视频传输模块主要用于了解无人船周边环境实时情况，摄像机摄像后便通过无线图传模块以及高增益天线将视频实时传输回岸端控制系统。
具体地，所述驱动模块包括电调、电机及舵机，根据方向及速度控制系统给出的舵机PWM值、电机PWM值改变航向及航速。电调为320A有刷电调，电机为550电机，舵机为55g数字舵机。
具体地，动力系统包括锂电池、稳压降压模块。锂电池电压为12V，为STM32F7Discovery、电调、无线图传模块供电。通过稳压降压模块将12V电源电压降为5V电压输出，供电给舵机、GPS/北斗定位模块和激光雷达。
具体地，所述岸端上位机以Lenovo电脑为载体，无线数传电台通过RS232转USB 转接板与Lenovo电脑连接，采用MAVLink协议实现数据传输，最远传输距离可达64Km，其中，所述无线数传电台为9XTend OEMRF低功耗模块。
具体地，所述岸端上位机以Lenovo电脑为载体，无线图传模块与Lenovo电脑连接实现视频传输，其中，所述无线图传模块为AOMWAY 5.8G无线图传模块。
具体地，所述无线数传模块采用全双工无线通信方式连接。
具体地，所述无线图传模块采用半双工无线通信方式连接。
Claims (5)
1.一种基于ARM Cortex-M7处理器的无人船平台，其特征在于包括岸端控制系统、船载控制系统及连接岸端控制系统与船载控制系统的通信系统；
所述的岸端控制系统包括岸端上位机、遥控器；
所述的船载控制系统包括ARM Cortex-M7处理器、信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块及动力系统；ARM Cortex-M7处理器分别与信息采集模块、视频传输模块、电池电压检测系统、驱动模块相连，动力系统为船载控制系统提供电能。
2.如权利要求1所述的无人船平台，其特征在于，所述信息采集模块包括：
GPS/北斗定位模块，用于采集无人船的当前位置、当前航向、当前航速；
捷联式惯性导航模块，用于采集当前航向、当前航速、姿态信息；
激光雷达，用于采集周围环境中障碍物信息；
接收机，用于接收岸端控制系统的遥控器的遥控指令。
3.如权利要求1所述的无人船平台，其特征在于，所述驱动模块包括电调、电机及舵机。
4.如权利要求1所述的无人船平台，其特征在于，动力系统包括锂电池、稳压降压模块；电池电压检测系统检测锂电池电量。
5.如权利要求1所述的无人船平台，其特征在于，所述通信系统设有：两个无线数传电台，其中一个通过RS232转USB转接板与岸端上位机连接，另一个与ARM Cortex-M7处理器连接，两个无线数传电台采用MAVLink协议实现数据传输，两个无线图传模块，其中一个与岸端上位机连接，另一个与视频传输模块连接，实现视频传输，以及配置在无线数传电台与无线图传模块上的若干增益天线。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720613582.XU CN206848812U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720613582.XU CN206848812U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206848812U true CN206848812U (zh) | 2018-01-05 |
Family
ID=60797161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201720613582.XU Expired - Fee Related CN206848812U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206848812U (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108956914A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-12-07 | 中山大学南方学院 | 一种水质智能监测系统 |
| CN108981716A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-11 | 集美大学 | 一种适用于内陆和近海无人船的路径规划方法 |
| CN109269559A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-25 | 上海彩虹鱼海洋环境科技服务有限公司 | 太阳能自动化海洋数据采集卫星导航无人船及其应用 |
| CN109544895A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-29 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种用于智能无人艇监控的数据采集与分发系统 |
| CN111290411A (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种模块化的自主式水下机器人系统 |
-
2017
- 2017-05-27 CN CN201720613582.XU patent/CN206848812U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108956914A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-12-07 | 中山大学南方学院 | 一种水质智能监测系统 |
| CN108981716A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-11 | 集美大学 | 一种适用于内陆和近海无人船的路径规划方法 |
| CN108981716B (zh) * | 2018-08-22 | 2020-06-16 | 集美大学 | 一种适用于内陆和近海无人船的路径规划方法 |
| CN109269559A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-25 | 上海彩虹鱼海洋环境科技服务有限公司 | 太阳能自动化海洋数据采集卫星导航无人船及其应用 |
| CN109544895A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-03-29 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种用于智能无人艇监控的数据采集与分发系统 |
| CN109544895B (zh) * | 2018-11-07 | 2020-11-10 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种用于智能无人艇监控的数据采集与分发系统 |
| CN111290411A (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种模块化的自主式水下机器人系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107229276A (zh) | 基于ARM Cortex‑M7处理器的智能无人船平台及其控制方法 | |
| CN206848812U (zh) | 基于ARM Cortex‑M7处理器的无人船平台 | |
| CN107168314B (zh) | 基于无人船系统的浮标数据信息中转装置 | |
| CN107576328A (zh) | 一种用于水下航行器的水面自动跟踪监控系统 | |
| US20170097639A1 (en) | System and method for control of autonomous marine vessels | |
| CN108181908A (zh) | 一种用于内河环境监测的无人船系统 | |
| CN203593143U (zh) | 一种风光互补型无人海洋监测艇 | |
| CN202783712U (zh) | 智能水面测量机器人 | |
| CN205581642U (zh) | 一种基于stm32的无人艇自适应舵机控制系统 | |
| CN106444767B (zh) | 一种基于apm和i7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制系统 | |
| CN104965502A (zh) | 基于物联网的无人水面艇航行监控系统 | |
| CN208569400U (zh) | 无人船用协同模式控制系统 | |
| CN109080799A (zh) | 基于水面中继设备辅助的水下机器人定位和操控系统 | |
| CN106970624A (zh) | 一种自主无人船 | |
| CN110844026A (zh) | 一种面向水质实时移动监测的多自由度仿生机器鱼及其控制方法 | |
| CN109240315A (zh) | 一种新型水下自主避障系统及水下避障方法 | |
| CN205139126U (zh) | 北斗导航智能水质监测双体船 | |
| Mendoza-Chok et al. | Hybrid control architecture of an unmanned surface vehicle used for water quality monitoring | |
| CN206671888U (zh) | 一种自主无人船 | |
| WO2023226485A1 (zh) | 一种无人船自主航行控制系统 | |
| CN113110534A (zh) | 一种小型无人机控制与感知系统 | |
| Li et al. | Design and implementation of a new jet-boat based unmanned surface vehicle | |
| Fujii et al. | Development and performance experiments in lake biwa of a small sensing device keeping fixed position on water | |
| CN116068942A (zh) | 一种无人船协同控制系统 | |
| CN206523177U (zh) | 海岸带生态环境动态巡航监测与预警系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180105 |