[發明專利]一種水下滑翔機用低功耗控制系統及其控制方法

無效

• 申請號: 200910220201.1
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN102079373A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 劉崇杰;俞建成;公丕亮;陳琦
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/24
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李曉光

技術領域

本發明涉及低功耗、嵌入式控制技術，具體說是一種適用于長時間作業的水下滑翔機用低功耗控制系統及其控制方法。

背景技術

水下滑翔機是一種將浮標、潛標技術與水下機器人技術相結合而研制出的一種無外掛推進裝置、依靠自身浮力驅動的新型水下測量系統，主要負責水下滑翔機下潛作業時海洋環境數據采集與存儲、路徑規劃、運動姿態控制、通信鏈路建立、數據傳輸、使命任務接收與解釋、系統狀態監測以及系統出錯應急處理等。水下滑翔機具有作業范圍廣、作業時間長、機動可控、可重復利用等特點，是一種自帶能源的水下測量平臺，其最大連續作業時間可達數月。由于水下滑翔機的長作業時間，使得水下滑翔機控制系統的消耗了大部分自帶能源，因此需要設計低功耗、適用于水下滑翔機的控制系統，以降低水下滑翔機控制系統功耗是非常有必要的，可以直接提高水下滑翔機的續航能力。當前大多數水下機器人控制系統都采用基于PC104的嵌入式計算機和相應的擴展板卡構成，如AD轉換板、數據IO板和串口板等。這種基于PC104的控制系統具有技術成熟、開發方便、處理能力強等特點，可適用于大多數作業時間較短的水下機器人系統。但是，由于基于PC104控制系統的功耗較大，已經不適合于像水下滑翔機這種自帶能源、作業時間長的水下機器人系統，因此需要重新開發一種適用于水下滑翔機的低功耗控制系統。具有低功耗的水下滑翔機控制系統尚未見報道。

發明內容

針對現有技術中存在的控制系統的功耗較大等不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種性能可靠的水下滑翔機用低功耗控制系統及其控制方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明一種水下滑翔機用低功耗控制系統具有嵌入式控制裝置、通信定位裝置、數據采集裝置、能源管理裝置以及伺服控制裝置，以嵌入式控制裝置為控制核心，經由串口總線與數據采集裝置以及通信定位裝置進行數據通信交互；嵌入式控制裝置的控制輸出端接有伺服控制裝置；嵌入式控制裝置經IO接口連接能源管理裝置。

所述嵌入式控制裝置包括核心處理模塊、串口擴展模塊、AD擴展模塊、DA擴展模塊、IO接口以及極低功耗的多功能日歷模塊、SRAM、FLASH和SD存儲卡；核心處理模塊通過SPI總線接口連接串口擴展模塊，再經由串口總線連接數據采集裝置和通信定位裝置；核心處理模塊通過SPI總線接口經由AD擴展模塊連接接數據采集裝置；核心處理模塊通過I²C總線經由DA擴展模塊與伺服控制裝置相連；核心處理模塊經IO接口與能源管理裝置相連，核心處理模塊通過第一串口與第二串口連接通信定位裝置；核心處理模塊由極低功耗的多功能日歷模塊提供時間信息，通過SRAM、FLASH以及SD存儲卡存儲數據和嵌入式控制程序。

所述能源管理裝置包括電源變換模塊和電源控制模塊，其中電源控制模塊(通過電源變換模塊與嵌入式控制裝置的IO接口相連，電源控制模塊的輸出端通過光耦繼電器接至滑翔機用低功耗控制系統的工作電源。

所述通信定位裝置包括衛星通信模塊、無線通信模塊和定位模塊，嵌入式控制裝置的核心處理模塊通過第一串口與第二串口分別連接衛星通信模塊、無線通信模塊，通過定位裝置獲取當前滑翔機載體的絕對物理位置送至核心處理模塊。

所述數據采集裝置包括位姿采集模塊和傳感器測量模塊，其將采集到的水下滑翔機工作深度、工作電壓、工作電流以及載體內壓通過嵌入式控制裝置的AD擴展模塊送至核心處理模塊。

所述伺服控制裝置包括浮力調節模塊、俯仰調節模塊以及橫滾調節模塊元，對滑翔機載體姿態的調節即俯仰角度、橫滾角度、航向角度以及實現水下滑翔機上升與下潛。

本發明系統還具有應急處理裝置，其包括避碰模塊和拋載模塊，避碰模塊將水下滑翔機的系統工作電流、工作電壓、電池剩余容量，漏水狀態、水下滑翔機載體內壓、傳感器狀態、電機工作狀態、避碰狀態、文件系統狀態、速度狀態的各類檢測信號經由嵌入式控制裝置的串口總線和串口擴展模塊與核心處理模塊相連，拋載模塊接收嵌入式控制裝置的輸出信號實施對系統安全狀態監測與應急拋載控制。

本發明一種水下滑翔機用低功耗控制方包括以下步驟：

開始，系統初始化，啟動所有驅動任務；

判斷是否有未完成的指令，如果沒有未完成指令，則進入等待指令消息，系統處于休眠狀態；

當有指令消息時，系統為喚醒狀態，判斷指令類型；

當有下潛指令時，執行下潛指令；當有測量數據上傳指令時，執行測量數據上傳指令；當有系統數據上傳指令時，執行系統數據上傳指令；

判斷是否結束控制過程，如果是，則結束一個作業周期內的控制過程。