一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，包括：单片机最小系统电路、CAN收发电路、串口收发电路、继电器控制电路。本发明专利技术所述的推进控制电路板浸泡在油中，能够承受120Mpa压力，其上所使用的电子元器件都经过压力测试筛选；本发明专利技术所使用的单片机采用基于Cortex‑M4内核的控制芯片，具有功能强大、低功耗、资源丰富可扩展能力强等优点，因此可以既使用一路CAN网络控制电机，又通过另一路CAN网络与航行控制计算机通信；本发明专利技术使用单片机的EEPROM实现在推进系统断电前完成对目前舵机角度的记录，再次上电后读取记录，具有电路简单、精度高的优点。

A propulsion control system and method for autonomous remotely controlled underwater vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统和方法
本专利技术涉及水下机器人
，具体地说是一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统和方法。
技术介绍
全海深自主遥控潜水器(ARV，Autonomous&RemotelyoperatedVehicle))是一种新型无人潜水器，它综合了遥控水下机器人(ROV)和自主水下机器人(AUV)的优点，它既可以象AUV一样具有大范围水下搜索和探测的能力，又可以像ROV一样通过光纤微缆进行实时遥控完成取样作业。工作模式的多样性与快速可切换功能使得ARV具有安全、高效、灵活、方便的综合优势。现有的水下机器人推进控制电路板无法应用于全海深自主遥控潜水器，主要原因有三个：一是无法承受120Mpa的油压；二是全海深自主遥控潜水器的推进控制系统需要同时控制6台推进电机、2台舵机以及2台开门电机，而现有的水下机器人推进控制电路板由于单片机资源有限，基本采用串口方式控制电机，因此现有方案无法满足要求；三是现有的推进控制电路板基本采用旋转电位计和A/D采样电路的方法来保存并读取舵机角度，此方法需增加附加电路，且精度受旋转电位计和A/D采样精度影响较大。
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全海深自主遥控潜水器的推进控制系统和方法,可承受120Mpa油压，同时单片机资源丰富，可满足全海深自主遥控潜水器的控制要求。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，包括：单片机最小系统电路，包括单片机及有源晶振电路、复位电路、单片机供电电路以及JTAG程序烧写电路；CAN收发电路，包括第一CAN收发电路和第二CAN收发电路，所述第一CAN收发电路一端连接航行控制计算机，接收航行控制计算机发送的CAN指令，另一端通过第一CAN端口连接单片机最小系统电路，将CAN指令发送给单片机最小系统电路；所述第二CAN收发电路一端与外部驱动器连接，接收外部驱动器反馈的状态信息；另一端通过第二CAN端口连接单片机最小系统电路，将状态信息发送给单片机最小系统电路；串口收发电路，通过调试串口连接单片机最小系统电路，作为备用程序烧写端口；继电器控制电路，一端通过继电器控制端口连接单片机最小系统电路，另一端连接外部驱动器，当与单片机相连继电器控制端输出低电平时，继电器处于导通状态，与外部电机驱动器相连继电器输出端输出+24VDC，从而控制电机驱动器上电。所述外部电机为推进电机，包括左侧主推电机、右侧主推电机、左侧垂推电机、右侧垂推电机、前侧电机和后侧电机。所述外部驱动器包括舵机驱动器和开门电机驱动器，所述舵机驱动器包括左侧舵机驱动器和右侧舵机驱动器，所述开门电机驱动器包括左侧开门电机驱动器和右侧开门电机驱动器。还包括漏水检测电路，通过漏水检测串口连接单片机最小系统电路，当检测到漏水时，漏水检测电路漏水端被拉低，与单片机相连的引脚被拉低，单片机检测到低电平后即发出漏水报警。所述状态信息包括实时角度、实时电流、实时电压以及电机实时故障信息。一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制方法，包括以下步骤：步骤1：初始化，读取EEPROM中保存的上次下电前的舵机角度；步骤2：如果第一CAN收发电路接收到航行控制计算机发送的CAN指令，则对该指令进行解析，并执行步骤3，否则直接执行步骤3；步骤3：如果第二CAN收发电路接收到控制电机反馈的状态信息，则对该状态信息进行解析，并执行步骤4，否则直接执行步骤4；步骤4：如果单片机内的定时器进入中断，则执行步骤5，否则返回步骤2；步骤5：如果进入舵机、开门电机控制周期，则执行步骤6；否则执行步骤7；步骤6：判断是否接收到航行控制计算机发送的保存舵机角度指令，如果是，则通过第二CAN收发电路向舵机发送指令，执行舵机停转并将当前舵角保存在EEPROM中，并根据航行控制计算机发送的控制指令，分别向2台舵机、2台开门电机发送目标角度指令，同时读取2台舵机、2台开门电机的状态信息；步骤7：如果进入推进电机控制周期，则分别控制6台推进电机的转速，并读取6台推进电机的状态信息，执行步骤8；否则直接执行步骤8；步骤8：如果进入状态反馈周期，则向航行控制计算机定时反馈状态信息以及推进舱的漏水信息，返回步骤2。所述状态信息包括实时角度、实时电流、实时电压以及电机实时故障信息。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术所述推进控制电路板采用基于Cortex-M4内核的控制芯片，该芯片具有丰富的资源，可以既通过一路CAN总线与航行控制计算机通信，又通过另一路CAN总线控制多台推进电机、舵机、开门电机，这样只需要六根连线(GANH、CANL、GANG)就可以实现对多台电机的控制，同时实现与航行控制计算机的通信，降低了推进控制系统的复杂度。2.本专利技术所述推进控制电路板使用单片机的EEPROM来保存舵机角度，并在单片机重新上电时读取该数值，用于对舵机的控制。此方法较广泛使用的旋转电位计加A/D采样电路的方法具有电路更简单、精度更高的优点。附图说明图1为推进控制系统结构图；图2为单片机结构图；图3为串口收发电路图；图4为CAN收发电路图；图5为继电器控制电路图；图6为漏水检测电路图；图7为本专利技术方法流程图。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。为使本专利技术的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可能直接在另一个元件上，或也可以存在居中的元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的属于“前”、“后”、“左”、“右”以及类似的标书只是为了说明的目的，并不表示唯一的实施方式。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。如图1所示为推进控制系统结构图。本专利技术在推进控制系统外部分别与2台舵机驱动器、2台开门电机驱动器、6台推进电机、航行控制计算机相连。其中，推进控制系统与航行控制计算机之间通过CAN总线进行数据交互，航行控制计算机向推进控制系统发送控制指令，推进控制系统在接收指令后进行解析，变成对舵机、开门电机、推进电机等的控制量。同时推进控制系统将其所控制的舵机、开门电机、推进电机等的状态信息通过CAN总线反馈给航行控制计算机。推进控制系统与舵机、开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，其特征在于，包括：/n单片机最小系统电路；/nCAN收发电路，包括第一CAN收发电路和第二CAN收发电路，所述第一CAN收发电路一端连接航行控制计算机，接收航行控制计算机发送的CAN指令，另一端通过第一CAN端口连接单片机最小系统电路，将CAN指令发送给单片机最小系统电路；所述第二CAN收发电路一端与外部驱动器连接，接收外部驱动器反馈的状态信息；另一端通过第二CAN端口连接单片机最小系统电路，将状态信息发送给单片机最小系统电路；/n串口收发电路，通过调试串口连接单片机最小系统电路，作为备用程序烧写端口；/n继电器控制电路，一端通过继电器控制端口连接单片机最小系统电路，另一端连接外部驱动器，控制外部驱动器上电。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，其特征在于，包括：
单片机最小系统电路；
CAN收发电路，包括第一CAN收发电路和第二CAN收发电路，所述第一CAN收发电路一端连接航行控制计算机，接收航行控制计算机发送的CAN指令，另一端通过第一CAN端口连接单片机最小系统电路，将CAN指令发送给单片机最小系统电路；所述第二CAN收发电路一端与外部驱动器连接，接收外部驱动器反馈的状态信息；另一端通过第二CAN端口连接单片机最小系统电路，将状态信息发送给单片机最小系统电路；
串口收发电路，通过调试串口连接单片机最小系统电路，作为备用程序烧写端口；
继电器控制电路，一端通过继电器控制端口连接单片机最小系统电路，另一端连接外部驱动器，控制外部驱动器上电。


2.根据权利要求1所述的用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，其特征在于：所述外部电机为推进电机，包括左侧主推电机、右侧主推电机、左侧垂推电机、右侧垂推电机、前侧电机和后侧电机。


3.根据权利要求1所述的用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，其特征在于：所述外部驱动器包括舵机驱动器和开门电机驱动器，所述舵机驱动器包括左侧舵机驱动器和右侧舵机驱动器，所述开门电机驱动器包括左侧开门电机驱动器和右侧开门电机驱动器。


4.根据权利要求1所述的用于全海深自主遥控潜水器的推进控制系统，其特征在于：还包括漏水检测电路，通过漏水检测串口连接单片机最小系统电路，当检测到漏水时，漏水检测电路漏水端被拉低，与单片机相连的引脚被拉低，单片机检测到低电平后即发出漏水报警。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李吉旭，阎述学，刘铁军，唐元贵，
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