CN209230638U - 一种基于多核处理器的导航控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于多核处理器的导航控制系统，包括多核处理器，多核处理器连接组合导航模块、通信接口电路、驱动电路以及电源电路；组合导航模块由GPS模块与IMU模块组合而成，电源电路对外部输入电源进行滤波及二次变换。系统上电对各组件进行自检，判断各组件状态，反馈当前系统的状态；如果自检正常，多核处理器同时检测GPS数据、读取惯性测量单元数据、检测外部开关状态、接收外部数据；在规定时间内若GPS模块上无GPS数据时，多核处理器判断当前系统处于惯性导航模式，并针对惯性数据进行融合处理；最后多核处理器解算出舵机控制指令并控制相应继电器的通断状态。本实用新型能够丰富导航设备的控制功能，简化系统结构。
Description
技术领域
本实用新型属于导航控制领域，具体涉及一种基于多核处理器的导航控制系统。
背景技术
随着科技的进步，导航技术日益成熟，已经被广泛应用于各个领域。目前，常见的导航设备使用比较复杂，通常分为惯性导航设备和组合导航设备，这两种设备均需要用户对导航信息进行相应处理之后才可以使用，并且功能单一，仅具有导航功能。但是，用户在使用中不仅需要导航功能，还需要根据导航信息对外部模块进行控制操作。此时，用户需要增加控制模块才可完成相应操作，这样一来系统更加复杂，且成本更高，后期开发更加困难。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于多核处理器的导航控制系统，能够丰富导航设备的控制功能，简化系统结构，降低后期开发难度。
为了实现上述目的，本实用新型基于多核处理器的导航控制系统采用如下的技术方案：
包括作为运算控制单元的多核处理器，多核处理器连接组合导航模块、通信接口电路、驱动电路以及电源电路；所述的组合导航模块由GPS模块与IMU模块组合而成，电源电路对外部输入电源进行滤波及二次变换；多核处理器中的一个内核以T为周期，读取IMU数据进行导航解算，得出位置、速度、姿态信息；该内核同时以T1为周期，读取GPS数据；通过将IMU模块得出的导航信息和GPS数据进行融合处理，输出导航数据；多核处理器中的其余内核能够读取导航数据，并通过驱动电路控制舵机转动。
所述的通信接口电路与驱动电路中均设置有隔离芯片以及相应的适配电路。
通信接口电路包括支持CAN2.0协议的CAN接口以及两路RS422接口，CAN总线连接系统内部各个组件，能够从系统外部直接读取各组件数据，两路RS422接口中的一路用于系统与外部进行通讯，另一路用于仿真使用，能够通过该接口给组合导航模块灌入仿真数据。
所述的多核处理器采用TI公司制造的TMS320F2837xD系列DSP芯片、TMS320C66x系列DSP芯片，或者使用FPGA组合DSP/ARM作为多核处理器。
所述的电源电路采用控制电和功率电相分离的方式进行设计，控制电DC1的功率较小，功率电DC2能够输出稳定的大电流，控制电DC1通过二极管D1连接滤波电容组，功率电DC2通过并联设置的二极管D2与二极管D3连接滤波电容组；系统上电首先接通控制电DC1，控制电DC1通过二极管D1给系统供电，二极管D2与二极管D3反向不导通，功率电DC2端无电压；当功率电DC2上电时，功率电DC2通过二极管D2与二极管D3给系统供电，此时断开控制电DC1，保证系统电源无缝切换，二极管D1将功率电DC2隔开，使其不影响控制电DC1端。驱动电路通过功率放大电路控制继电器的通断，由继电器驱动舵机进行转动。
多核处理器、组合导航模块、通信接口电路、驱动电路与电源电路设置在PCB板上，PCB板上的各组件之间以及对外接口均采用接插件进行连接。
基于多核处理器的导航控制系统的控制方法，包括以下步骤：
首先，系统上电对各组件进行自检，判断各组件状态，反馈当前系统的状态；如果系统自检正常，多核处理器同时检测GPS数据、读取惯性测量单元数据、检测外部开关状态、接收外部数据；如果在规定时间内，GPS模块无GPS数据时，多核处理器判断当前系统处于惯性导航模式，并针对惯性数据进行融合处理；最后，多核处理器的各内核间进行数据交互处理，解算出舵机控制指令并控制相应继电器的通断状态。
与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：控制系统由于采用了多核处理器作为MCU，多核处理器能够对各组件数据并行处理，提高系统的实时性，采用多核处理器能够简化硬件电路，减少处理器数量，降低成本，同时也简化了各组件之间的连接关系。本实用新型导航控制系统的体积小、质量轻，能够适用于多种安装环境。多核处理器、组合导航模块、通信接口电路、驱动电路与电源电路均可设置在PCB板上，并通过PCB板连接，使用方便。本实用新型首先通过系统上电对各组件进行自检，如果系统自检正常，多核处理器同时检测GPS数据、读取惯性测量单元数据、检测外部开关状态、接收外部数据，通过并行处理多个组件的数据，提高控制的实时性，简化系统结构，方便导航控制的相关操作。
附图说明
图1本实用新型的导航控制系统整体结构框图；
图2本实用新型电源电路的结构示意图；
图3本实用新型控制方法的流程图；
图4系统仿真舵机响应图；
附图中：1-多核处理器；2-通信接口电路；3-驱动电路；4-GPS模块；5-IMU模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1-2，本实用新型基于多核处理器的导航控制系统，包括多核处理器1、组合导航模块、通信接口电路2、驱动电路3、I/O控制电路以及电源电路。组合导航模块由GPS模块4与IMU模块5组合而成，GPS模块4采用GPS+北斗板卡，GPS模块4连接天线，电源电路对外部输入电源进行滤波及二次变换，主要完成控制电DC1和功率电DC2的电源隔离，保证控制电路在控制电DC1和功率电DC2切换时不断电，并对输入电源进行稳压滤波，进行二次变换，供后续电路组件使用。多核处理器1是本系统的“大脑”，主要对各组件数据进行融合处理，并控制系统运行。GPS+北斗板卡主要配合天线接收卫星导航信息。IMU为惯性测量单元，可实时对载机位置、姿态、速度进行测量，结合卫星导航信息进行组合导航。驱动电路3主要进行功率放大，满足舵机控制要求。通讯接口电路2主要完成系统与外部信息交互，I/O控制电路对芯片管脚和后续电路进行隔离，放大信号功率以驱动各继电器动作。
多核处理器1采用TI公司制造的TMS320F2837xD系列DSP芯片、TMS320C66x系列DSP芯片，或者使用FPGA组合DSP/ARM作为多核处理器。多核处理器1中的一个内核以T为周期，读取IMU数据进行惯性导航解算，得出位置、速度、姿态信息；该内核同时以T1为周期，读取GPS数据；通过将IMU模块5得出的导航信息和GPS数据进行融合处理，输出导航数据。多核处理器1中的其余内核能够读取导航数据，并通过驱动电路3控制舵机转动，通过功率放大电路控制继电器通断。本实用新型电源电路采用控制电和功率电相分离的方式进行设计，控制电DC1的功率较小，功率电DC2能够输出稳定的大电流，控制电DC1通过二极管D1连接滤波电容组，功率电DC2通过并联设置的二极管D2与二极管D3连接滤波电容组；系统上电首先接通控制电DC1，控制电DC1通过二极管D1给系统供电，二极管D2与二极管D3反向不导通，功率电DC2端无电压；当功率电DC2上电时，功率电DC2通过二极管D2与二极管D3给系统供电，此时断开控制电DC1，保证系统电源无缝切换，二极管D1将功率电DC2隔开，使其不影响控制电DC1端。二次电源输出5V、33V及28V。
通信接口电路2中包括支持CAN2.0协议的CAN接口以及两路RS422接口，其中CAN总线连接系统内部各个组件，能够从系统外部直接读取各组件数据，两路RS422接口中的一路用于系统与外部进行通讯，另一路用于仿真使用，能够通过该接口给组合导航模块灌入仿真数据。通信接口电路2与驱动电路3中均设置有隔离芯片以及相应的适配电路。
多核处理器1、组合导航模块、通信接口电路2、驱动电路3与电源电路均设置在PCB板上，IMU模块5通过螺丝固定于PCB板上，GPS模块4通过插针插座与PCB连接，各对外接口从PCB板上引出接插件，系统内部连接均采用接插件，无直接焊线，方便拆装。
参见图3，本实用新型导航控制系统的控制方法，首先给系统上电，多核处理器1完成自检后，同时对组合导航模块、通讯接口电路2、I/O控制电路进行自检，并最终生成故障代码。自检正常，多核处理器开始同时读取外设数据、卫星导航数据、IMU数据，并通过片内数据总线及公共数据存储单元进行数据交互，由其中1个内核进行导航解算并进行数据融合处理。数据融合处理解算出舵机控制指令、I/O控制指令及其他数据并通过内部数据共享单元给其他内核完成数据共享，由相关内核完成相应控制。如图4所示，系统闭环仿真输出4路舵机控制及反馈信号，舵机反馈信号与控制信号完全重合，系统响应度提高，满足设计要求。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以对本实用新型做任何形式上的限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的条件下，本实用新型还可以进行若干修改或简单替换，这些修改及替换也均落入由所提交权利要求划定的范围之内。
Claims (7)
1.一种基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：包括作为运算控制单元的多核处理器(1)，多核处理器(1)连接组合导航模块、通信接口电路(2)、驱动电路(3)以及电源电路；所述的组合导航模块由GPS模块(4)与IMU模块(5)组合而成，电源电路对外部输入电源进行滤波及二次变换；多核处理器(1)中的一个内核以T为周期，读取IMU数据进行惯性导航解算，得出位置、速度、姿态信息；该内核同时以T1为周期，读取GPS数据；通过将IMU模块(5)得出的导航信息和GPS数据进行融合处理，输出导航数据；多核处理器(1)中的其余内核能够读取导航数据，并通过驱动电路(3)控制舵机转动。
2.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：所述的通信接口电路(2)与驱动电路(3)中均设置有隔离芯片以及相应的适配电路。
3.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：所述的通信接口电路(2)中包括支持CAN2.0协议的CAN接口以及两路RS422接口，其中CAN总线连接系统内部各个组件，能够从系统外部直接读取各组件数据，两路RS422接口中的一路用于系统与外部进行通讯，另一路用于仿真使用，能够通过该接口给组合导航模块灌入仿真数据。
4.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：所述的多核处理器(1)采用TI公司制造的TMS320F2837xD系列DSP芯片、TMS320C66x系列DSP芯片，或者使用FPGA组合DSP/ARM作为多核处理器。
5.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：所述的电源电路采用控制电和功率电相分离的方式进行设计，控制电DC1的功率较小，功率电DC2能够输出稳定的大电流，控制电DC1通过二极管D1连接滤波电容组，功率电DC2通过并联设置的二极管D2与二极管D3连接滤波电容组；系统上电首先接通控制电DC1，控制电DC1通过二极管D1给系统供电，二极管D2与二极管D3反向不导通，功率电DC2端无电压；当功率电DC2上电时，功率电DC2通过二极管D2与二极管D3给系统供电，此时断开控制电DC1，保证系统电源无缝切换，二极管D1将功率电DC2隔开，使其不影响控制电DC1端。
6.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：驱动电路(3)通过功率放大电路控制继电器的通断，由继电器驱动舵机进行转动。
7.根据权利要求1所述基于多核处理器的导航控制系统，其特征在于：所述的多核处理器(1)、组合导航模块、通信接口电路(2)、驱动电路(3)与电源电路均设置在PCB板上，PCB板上的各组件之间以及对外接口均采用接插件进行连接。
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| CN201920175248.XU CN209230638U (zh) | 2019-01-31 | 2019-01-31 | 一种基于多核处理器的导航控制系统 |
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| CN109631893A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-16 | 西安深瞳智控技术有限公司 | 一种基于多核处理器的导航控制系统及其控制方法 |
| CN110750054A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-04 | 贵州航天控制技术有限公司 | 一种电动舵机小型半实物智能通用仿真平台及方法 |
| CN110794736A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-14 | 西安子国微科技有限公司 | 一种自动控制的飞机机轮冷却控制装置及控制方法 |
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