一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板制造技术

本发明专利技术涉及一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板。底板上分为双冗余系统槽、双冗余电源转换分配槽、高速外设槽、通用外设槽，每个插槽分为不同标准化模块化的功能区域，包括供电区、总线区、高速差分信号区、大电流信号区、通用信号区。其中系统槽、电源转换分配槽采用1：1冗余设计；信号区、外部输入输出连接器的连接采用可配置设计。本发明专利技术通过冗余设计提高了控制节点的可靠性，模块化通用化设计提高了硬件的可扩展性，在不改变底板硬件设计的前提下，配置插槽、功能区域、连接器的连接，可满足相应功能板卡的供电、总线协议、通信速率的需求，实现水下机器人控制节点的快速集成、变更和升级，缩短研发周期。缩短研发周期。缩短研发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板


[0001]本专利技术涉及水下机器人控制领域，具体地说是一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板。

技术介绍

[0002]近年来我国水下机器人技术发展迅猛，其在各个领域得到了广泛的应用。随着水下机器人所承载的功能越发多元化，作业任务越发繁杂，对水下机器人控制节点配置的灵活性、可扩展性，以及系统的可靠性提出了新的要求。同时受到水下机器人耐压舱的空间限制，控制节点要求具有高集成度。现有的控制节点底板多采用工业控制领域CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)、PC/104标准板卡或自制专用板卡。前者对于主控、供电的冗余，以及大功率驱动、电源变换等水下机器人常用功能需额外集成非标自制板卡，使得控制节点的整体集成度降低；后者存在系统灵活性低，可配置条件差，可扩展接口能力弱等问题。两种方式均不适用于当前水下机器人研发周期短、可配置、高扩展性、高集成度、高可靠性等特点。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板。底板上分为不同功能插槽，可插入不同功能的板卡；插槽分为不同标准化模块化的功能区域。其中系统槽、电源转换分配槽采用1：1冗余设计；信号区、外部输入输出连接器的连接采用可配置设计。可根据水下机器人不同功能控制节点的需求，进行插槽、插槽之间、插槽与外部输入输出连接器之间的连接配置，以满足相应功能板卡的供电、总线协议、通信速率的需求，同时实现控制节点的主控和供电的双冗余。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0005]一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，将底板上分为不同功能插槽，将插槽分为不同功能标准化模块化的区域，所述功能插槽包括：双冗余系统槽、双冗余电源转换分配槽、高速外设槽以及通用外设槽，所述功能标准化模块化的区域包括：供电区、总线区、高速差分信号区、大电流信号区以及通用信号区，其中：
[0006]所有功能插槽的供电区相连，所有功能插槽的总线区相连，双冗余系统槽的通用信号区、高速外设槽的通用信号区以及通用外设槽的通用信号区相连，双冗余系统槽的高速差分信号区、通用外设槽的高速差分信号区以及高速外设槽的高速差分信号区相连，大电流信号区仅存在于双冗余电源转换分配槽。
[0007]所述双冗余系统槽为两个完全相同的系统槽，通过独立的千兆以太网接口和通用I/O接口连接，所述两个系统槽的通用信号区之间通过仲裁电路连接。所述接口和仲裁电路用于数据库备份、心跳信号检测以及冗余监测。
[0008]所述各个功能插槽的总线区提供CAN总线接口，并兼容PCI或PCIe总线接口。
[0009]所述双冗余电源转换分配槽为两个完全相同的电源分配转换槽，提供多电源并联
冗余输入接口以及多电源并联冗余输出接口，电源输出通过总线进行分配控制。
[0010]所述高速外设槽具有多个，所述通用外设槽具有多个。
[0011]所述双冗余系统槽的高速差分信号区和高速外设槽的高速差分信号区以及总线区分别通过高速差分信号连接器与外部设备相连。
[0012]所述高速外设槽的通用信号区和通用外设槽的通用信号区分别通过通用信号连接器连接外部设备。
[0013]所述双冗余电源转换分配槽的供电区以及大电流信号区分别通过电源输入输出和大电流信号连接器连接外部设备。
[0014]所述高速差分信号区包含多组高速差分对，配置包括千兆以太网、LVDS、CAN、USB3.0、SATA3.1、DP、HD
‑
SDI在内的高速通信接口。
[0015]所述功能插槽的通用信号区、高速差分信号区和大电流信号区之间为可配置连接，功能插槽与高速差分信号连接器、通用信号连接器以及电源输入输出和大电流信号连接器之间均为可配置连接。
[0016]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0017]本专利技术所述的控制节点冗余型可配置集成底板通过模块化通用化的插槽、功能区域、输入输出连接器设计以及可配置连接，提高了硬件的可扩展性、配置的灵活性。硬件的集成度高且功能完备，便于布设在水下机器人控制节点密封舱有限的空间内。通过双冗余系统槽、双冗余电源转换槽的冗余设计，实现控制节点的主控和供电的双冗余，提高了控制节点的可靠性。在不改变底板硬件设计的前提下，配置插槽、功能区域、连接器的连接，以满足相应功能板卡的供电、总线协议、通信速率的需求，实现水下机器人控制节点的快速集成、变更和升级，缩短研发周期。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0021]如图1所示，一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，底板上分为不同功能插槽，包括双冗余系统槽、双冗余电源转换槽、高速外设槽、通用外设槽。底板采用全玻纤FR
‑
4板材印制电路板，厚度3.0mm；每个插槽采用1个CPCI A型、2个B型连接器纵向排布，中心间距40mm，可插入3U欧洲规格板卡及自定义板卡。本实例的外设槽数量为3个高速外设槽、3个通用外设槽。系统槽、电源转换槽位于底板的两端，靠近印制电路板边缘的位置，降低对其他插槽上板卡的电磁干扰。
[0022]所述插槽分为不同功能标准化模块化的区域，包括供电区、总线区、高速差分信号区、大电流信号区、通用信号区。印制板采用12层，用于不同区域布线，表面覆铜厚度4oz，主要用于供电区和大电流信号区，内层覆铜厚度1oz，用于其他区域走线。
[0023]底板上采用3个J30系列标准航空连接器作为外部输入输出连接器，分为高速差分信号连接器、通用信号连接器、电源输入输出与大电流信号区连接器。可用于控制节点与外
部设备的数据、控制命令的交互。
[0024]所有插槽的供电区相连，为底板上其他插槽提供3.3V、5V、
±
12V、24V直流电。供电区采用多层(表层、内层)的覆铜走线，以缩小走线占用面积，线宽30mil以内。
[0025]所有插槽的总线区相连。总线区提供2路CAN总线接口。同时兼容PCI总线接口，该部分由CPCI A型、B型连接器各一个组成，使得底板可直接插入标准3U CPCI外设板卡；其中CAN同时连接到高速差分信号连接器上可作为整个水下机器人控制系统的通信总线，PCI仅作为控制节点内部总线。
[0026]高速差分信号区包含不小于4组高速差分对，采用阻抗匹配，阻抗值100Ω，可配置包括千兆以太网、LVDS、CAN、USB3.0、SATA3.1、DP、HD
‑
SDI等高速通信接口。
[0027]电源转换槽的大电流信号区，设置在除总线区占用的另一个B型连接器，同时连接到大电流信号连接器上，可传输控制节点的大功率外设的驱动信号。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，其特征在于，将底板上分为不同功能插槽，将插槽分为不同功能标准化模块化的区域，所述功能插槽包括：双冗余系统槽、双冗余电源转换分配槽、高速外设槽以及通用外设槽，所述功能标准化模块化的区域包括：供电区、总线区、高速差分信号区、大电流信号区以及通用信号区，其中：所有功能插槽的供电区相连，所有功能插槽的总线区相连，双冗余系统槽的通用信号区、高速外设槽的通用信号区以及通用外设槽的通用信号区相连，双冗余系统槽的高速差分信号区、通用外设槽的高速差分信号区以及高速外设槽的高速差分信号区相连，大电流信号区仅存在于双冗余电源转换分配槽。2.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，其特征在于，所述双冗余系统槽为两个完全相同的系统槽，通过独立的千兆以太网接口和通用I/O接口连接，所述两个系统槽的通用信号区之间通过仲裁电路连接；所述接口和仲裁电路用于数据库备份、心跳信号检测以及冗余监测。3.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，其特征在于，所述各个功能插槽的总线区提供CAN总线接口，并兼容PCI或PCIe总线接口。4.根据权利要求1所述的一种用于水下机器人控制节点的冗余型可配置集成底板，其特征在于，所述双冗余电源转换分配槽为两个完全相同的电源分配转换槽，提供多电源并联冗余输入接口以及多电源并联冗余输出接口，电源输出通过总线进...

【专利技术属性】
技术研发人员：许以军，魏来星，胡志强，刘健，郑雷，刘竞远，王晓飞，
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：