[發明專利]基于ARM和DSP處理器的無人船船載控制系統

有效

• 申請號: 201410400420.9
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104777833B
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 盧善龍;姚琪;劉曉慶;王曉輝
• 申請（專利權）人: 北京中科涌泉科技發展有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G05B19/042
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

本發明涉及一種基于ARM和DSP處理器的無人船船載控制系統，包括：DSP處理器、ARM處理器、自主導航子系統、測深子系統、姿態控制子系統、電池電壓檢測子系統、毫米波雷達防撞子系統以及數據存儲子系統，其中，自主導航子系統用于預先給無人船輸入航線；測深子系統用于通過回聲測高儀，將采集到的水下測深數據傳送至ARM處理器；姿態控制子系統用于獲得姿態角度信號；電池電壓檢測子系統，用于檢測無人船的電池電壓信號，判斷無人船續航能力；毫米波雷達防撞子系統用于通過線性頻率調制連續波雷達測量無人船與前方目標物之間距離與相對速度，并通過DSP處理器對采集的實時信息進行分析與判斷當前無人船航行安全狀態。

技術領域

本發明涉及船只控制技術領域，尤其涉及一種基于ARM和DSP處理器的無人船船載控制系統。

背景技術

無人船是一種新型的水上監測平臺，其以河川、湖泊、水庫、海岸及港灣等水域為對象，以小型船舶為載體，集成定位導航、通訊與控制設備，可搭載多種監測傳感器，以遙控/自主的工作方式完成特定水文和水環境要素監測。由于無人船具有布設靈活、成本經濟、自動測量等特點，在水文要素觀測、水環境監測、水庫及河道泥沙淤積量評估、水利工程選址和水下考古等方面具有廣闊的應用前景。

早期的船載控制系統主要搭建在普通的工業單片機上。近年來，為了增強控制系統的可擴展性和嵌入式軟件的可移植性，出現了綜合ARM處理器和工業計算機的控制系統，如《一種無舵自動走航的無人船》申請公布號為CN103303452A的發明專利中，ARM處理器被用來處理動力、電源和姿態信息，而工控機用來處理定位和測深單元信息，通訊信息由ARM處理器和工控機共同處理。未來隨著無人船應用領域的逐漸擴展，在滿足高精度定位與導航，精確靈活的船只控制、準確的姿態控制等功能要求的同時，也對無人船船只體積、控制系統功耗和專用性等方面提出更高的要求。不同傳感器的集成特性要求越來越高，單位時間數據獲取量的增加會給遠程數據傳輸帶來很大壓力。此外，無人船相關控制算法的改進和先進控制算法的提出，都需要無人船船載控制系統具備較高的數據處理和分析能力。當前的控制系統在低功耗、系統集成度以及數據處理能力這些方面功能還較弱，這就要求設計開發出兼容性和可擴展性更好、系統集成度更高、數據處理能力更強的船載控制系統。

由于無人船控制系統涉及子系統或設備較多，已有的控制系統兼容性和擴展性較差、系統集成度低，尤其是導航定位系統和其他傳感器數據獲取系統，采用工控機大大增加了系統的復雜程度，而且工控機體積比較大、功耗大、移動性差，一般無法實現遠程維護和升級。另外現有控制系統運算速度低，導致無人船控制算法實現效果不好或無法應用復雜控制算法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，利用嵌入式Linux操作系統的優勢，提高控制系統的兼容性和可擴展性、以及遠程維護和升級能力，利用嵌入式系統能耗低的特點，提高無人船的續航能力，利用DSP處理器強大的數字信號處理能力，提高對于控制算法的處理能力，實現復雜的控制算法。

為實現這一目的，本發明提出了一種基于ARM和DSP處理器的無人船船載控制系統，包括：DSP處理器、ARM處理器、自主導航子系統、測深子系統、姿態控制子系統、電池電壓檢測子系統、毫米波雷達防撞子系統以及數據存儲子系統，

其中，所述自主導航子系統，用于預先給無人船輸入航線，所述自主導航子系統包括：GPS模塊與無線電臺；

所述測深子系統，用于通過回聲測高儀，將采集到的水下測深數據傳送至所述ARM處理器，所述ARM處理器通過所述無線電臺將采集到的所述水下測深數據傳送至地面監控系統；

所述姿態控制子系統，將采集到的陀螺儀與加速度計傳感器數據經卡爾曼濾波對傳感器進行補償以及信息融合后，獲得姿態角度信號，其中，所述角度信號通過PID控制器運算，輸出PWM信號對舵機進行控制操作；

所述電池電壓檢測子系統，用于檢測所述無人船的電池電壓信號，并通過簡單電壓對比法對電池剩余電量進行計算，判斷無人船續航能力；