一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统及方法，包括低功耗主控制器通过串行通讯接口与探测设备进行连接，进行全双工串行通讯，采集设备的串口数据，并且通过CAN总线与自动驾驶单元进行数据交换，根据自动驾驶单元的命令对探测设备进行控制；低功耗主控制器通过网络接口连接上位机，与上位机进行通讯。本发明专利技术功耗低，开发周期短，程序更新方便，功能更丰富，相比51、AVR等嵌入式芯片，STM32系列外围电路更丰富，接口更多，并且可配置性更强，数据采集、处理、保存、上传无需外加接口扩展电路或使用嵌入式计算机进行处理，本发明专利技术提及单元完全可以很好地完成以上处理，并且无需复杂外围电路支撑。

A Management System and Method for Detecting Load Equipment of Autonomous Submarine

The invention relates to a management system and a method for detecting load equipment of autonomous submersible, which includes a low-power main controller connected with the detecting device through serial communication interface, full duplex serial communication, acquisition of serial data of the device, data exchange between the device and the automatic driving unit through CAN bus, and detection equipment according to the command of the automatic driving unit. Control; The low power main controller connects the upper computer through the network interface and communicates with the upper computer. Compared with embedded chips such as 51 and AVR, STM32 series peripheral circuits are more abundant, have more interfaces, and can be configured more easily. Data acquisition, processing, storage and upload do not require additional interface expansion circuit or use embedded computer for processing. The units mentioned in the invention can be perfectly completed. The above processing does not require complex peripheral circuit support.

【技术实现步骤摘要】
一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统及方法
本专利技术涉及水下机器人探测领域，具体地说是一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统及方法。
技术介绍
随着人类对海洋世界的开发越来越深入，深海潜水器作为海洋开发的主要工具，已成为各国的研究重点。针对国家海洋探测内容与实现目标多元化的发展趋势，尤其是AUV(AutonomousUnderwaterVehicle)挂载的探测设备种类多样，数量繁多。系统的小型化和低功耗是必然的趋势，针对现有微处理器单元功耗较高、对不同外设的兼容性不强、设计研发周期长、可扩展接口能力弱、系统处理资源有限等缺点，需要逐步替换使用功能完善接口丰富的新型架构的小型管理单元。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统及方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，包括低功耗主控制器通过串行通讯接口与探测设备进行连接，进行全双工串行通讯，采集设备的串口数据，并且通过CAN总线与自动驾驶单元进行数据交换，根据自动驾驶单元的命令对探测设备进行控制；低功耗主控制器通过网络接口连接上位机，与上位机进行通讯。所述低功耗主控制器通过光耦隔离，使用通用IO接口管理探测设备，对设备进行供电。所述探测设备包括多参数水质仪、甲烷传感器、磁力仪和温盐深仪，且所述探测设备最多为六路。所述低功耗主控制器通过SDIO接口连接存储卡，通过嵌入FatFs文件系统，对存储卡进行管理。低功耗主控制器与上位机之间通过TCP/IP协议进行通讯。所述低功耗主控制器为基于Cotex-M4架构的STM32F4低功耗芯片，采用uC/OS-III实时操作系统。一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理方法，包括以下步骤：步骤1：探测数据通过串口实时回传，系统通过串口空闲中断判断探测数据是否传输完成，如果是，则执行步骤2，否则等待中断响应；步骤2：通过配置串口DMA，将探测数据从外设搬运至内存地址，并将探测数据发送至各处理任务；步骤3：使用时间片轮转调度方法对任务进行管理，对探测数据进行实时处理和存储。当全部任务完成后，通过激活TCP客户端任务，将存储的探测数据通过网络上传至上位机。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.功耗低，在24V供电情况下功耗不到2W，供电可选18-36V宽范围。2.开发周期短，程序更新方便，只需通过SWD接口即可完成程序更新下载。3.功能更丰富，相比51、AVR等嵌入式芯片，STM32系列外围电路更丰富，接口更多，并且可配置性更强。4.数据采集、处理、保存、上传无需外加接口扩展电路或使用嵌入式计算机进行处理，本专利技术提及单元完全可以很好地完成以上处理，并且无需复杂外围电路支撑。附图说明图1是本专利技术的系统结构框图；图2是本专利技术的系统连接图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示为本专利技术的系统结构框图。采用小型低功耗核心芯片，与航行控制单元进行通讯，并对六路设备进行串行通讯数据采集与管理。小型低功耗核心芯片无需使用串口扩展芯片，可以直接通过隔离电路与六路设备进行全双工高速串行异步通讯。小型低功耗核心芯片与自动驾驶单元通过CAN总线进行数据交换，根据命令对设备进行管理。小型低功耗核心芯片可以对设备采集的数据进行数据处理，并实时保存到存储卡上。小型低功耗核心芯片采用uC/OSIII实时操作系统进行多任务调度管理，数据采集部分采用DMA模式进行数据采集，发送到各设备的任务进行数据处理；数据存储部分使用FatFs嵌入式FAT文件系统将数据通过SDIO端口写入存储卡。小型低功耗核心芯片通过TCP/IP协议与上位机进行通讯，将探测数据迅速上传。小型低功耗核心芯片通过构建LwIP协议栈，根据上位机软件的不同命令上传所需设备数据。不同于无线电和串口数据上传，网络数据传输具有极快的速度，一个潜次的数据可以瞬间完成上传。如图2所示为本专利技术的系统连接图。1、使用ST公司的基于Cotex-M4架构的STM32F4低功耗芯片作为核心主控制器，使用TracoPower公司的DC-DC转换模块进行供电管理，设备供电通过使用AQY272进行隔离。2、使用实时系统uC/OS-III作为嵌入式核心系统，使用时间片轮转调度的方式对任务进行管理，使用DMA的方式进行串口数据采集并传递至任务进行处理。3、使用Cortex-M4内核新增加的硬件FPU单元与DSP指令，对探测数据进行浮点运算与处理。4、使用MAX3232进行232电平转换，并通过ADUM1412进行隔离处理。5、使用周立功CTM1051AM超小体积高速CAN隔离收发器进行CAN通讯管理。6、使用STM32F4自带SDIO接口，通过嵌入FatFs文件系统对大容量TF卡进行管理，并实现数据实时保存。7、使用LAN8720A作为网络PHY芯片，通过嵌入LwIP协议栈与上位机进行网络通讯，将探测数据上传至上位机软件。8、整系统以PC104标准板卡的固定孔尺寸为基准，实现通用性固定安装方式。核心模块采用ST公司的基于Cotex-M4架构新型高性能嵌入式芯片STM32F429，其主频可达180MHz，其SRAM为256KB、FLASH为1024KB，自带4路USART与4路UART、2路CAN、6路SPI、3路I2C、1路SDIO、并且支持以太网。该芯片满足现有所有控制器的需求。在核心芯片移植入uC/OS-III系统，该系统由Micrium公司提供，是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，它适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片。uC/OS-III相比旧版本，其任务数目和任务优先级不受限制，并有独特的通优先级任务的时间片轮转调度方式，通过这种方式可能使系统效率更高。在uC/OS-III系统下，对设备通过串口发来的数据使用DMA方式进行获取，并分发到相应任务中，在经过异常判断和函数处理之后，进行标记时间戳处理，并通过SDIO接口将数据以规定格式实时存储到TF卡上。本单元与航行控制单元通过挂载CAN总线方式通讯，每隔2秒上传一次开关和数据状态，并根据CAN命令对各设备单独控制。单元使用CTM1051AM实现CAN2.0协议高速通讯，并实现收发隔离，抗干扰能力强。网络接口部分采用LAN8720A百兆网物理层芯片，可以实现STM32F4与上位机通过网络进行网络通讯。借助于uC/OS-III系统与LwIP协议，本单元可以实现TCP/IP协议的方式与上位机进行连接，实现数据极速上传。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，其特征在于，包括低功耗主控制器通过串行通讯接口与探测设备进行连接，进行全双工串行通讯，采集设备的串口数据，并且通过CAN总线与自动驾驶单元进行数据交换，根据自动驾驶单元的命令对探测设备进行控制；低功耗主控制器通过网络接口连接上位机，与上位机进行通讯。

【技术特征摘要】
1.一种用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，其特征在于，包括低功耗主控制器通过串行通讯接口与探测设备进行连接，进行全双工串行通讯，采集设备的串口数据，并且通过CAN总线与自动驾驶单元进行数据交换，根据自动驾驶单元的命令对探测设备进行控制；低功耗主控制器通过网络接口连接上位机，与上位机进行通讯。2.根据权利要求1所述的用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，其特征在于：所述低功耗主控制器通过光耦隔离，使用通用IO接口管理探测设备，对设备进行供电。3.根据权利要求1所述的用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，其特征在于：所述探测设备包括多参数水质仪、甲烷传感器、磁力仪和温盐深仪，且所述探测设备最多为六路。4.根据权利要求1所述的用于自主潜水器的探测载荷设备的管理系统，其特征在于：所述低功耗主控制器通过SDIO接口连接存储卡，通过嵌入FatFs文件系统，对存储卡进行管理。5.根据权利要求1所述的用于自主潜水器的探测载荷设...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宁，许以军，石凯，朱宝彤，陈浩，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21