一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件技术方案

本发明专利技术公开了一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，包括应用接口层、DDS抽象层、即插即用层、操作系统层、设备接口层和设备硬件层；应用接口层提供用于设备查询、传感器操作和数据分发接口；DDS抽象层基于Fast

【技术实现步骤摘要】
一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件


[0001]本专利技术属于自主无人系统应用
，特别是涉及一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件。

技术介绍

[0002]DDS（Data Distribution Service）是一种分布式消息传递协议，旨在为实时系统提供高性能、可靠、安全的数据通信服务，可以实现多种实时系统的通信。DDS支持异构系统之间的数据交换，以满足各种应用的通信需求，包括机器人、自动化、航空航天、医疗设备等领域。
[0003]Fast
‑
DDS是一个开源、高性能、跨平台的DDS实现，由Eclipse IoT项目管理。Fast
‑
DDS采用了许多优化技术，包括零拷贝技术、异步IO等，以实现低延迟、高吞吐量的数据传输，同时提供了多种可靠性机制，包括数据持久化、故障恢复等，以确保数据传输的可靠性。通信中间件是连接不同软件组件或设备之间的一种软件层，它提供了一种高效的数据交换机制，可以使不同组件或设备之间实现实时的数据通信。
[0004]自主无人系统是指基于自主决策、自主控制的无人机、无人车、无人船等智能化设备。它是全面提升国家经济社会发展和国防应用智能化水平的基础性战略性技术和产品。在自主无人系统中，需要读取不同种类、不同厂家的传感器数据来进行决策和控制，例如地图、图像、声音、姿态等传感器数据。但是，自主无人系统中存在许多问题，例如异构性、传感器接口兼容性低、传感数据结构不一、通信实时性差等，这些问题给传感器数据的读取、传输和处理带来了很大的挑战。
[0005]为了解决上述问题，可以考虑在基于Fast
‑
DDS高效通信的基础上来设计一种传感器的即插即用机制，形成一套一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件。

技术实现思路

[0006]针对以上技术问题，本专利技术提供一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件。
[0007]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，包括上层软件模块和下层系统模块，上层软件模块包括应用接口层、DDS抽象层和即插即用层，下层系统模块包括操作系统层、设备接口层和设备硬件层；应用接口层设计了基于C++和python的API接口，用于提供传感器各种操作的接口；DDS抽象层基于Fast
‑
DDS对API接口进行二次封装，提供了统一的数据发布接口、数据订阅接口、数据写入接口、数据读取接口和Qos质量服务配置接口；即插即用层用于集成待使用的传感器的驱动软件、维护传感器管理数据结构、对各种接口设备进行热插拔检测和管理，以及对传感器输出的数据格式进行统一；
操作系统层是传感器即插即用中间件的基础支持层，用于提供底层系统服务和通信协议栈；设备接口层用于提供不同接口类型的传感器的接入功能，充当传感器和操作系统之间的桥梁，处理不同接口类型的传感器和操作系统之间的通信；设备硬件层为传感器即插即用中间件的底层支持，用于提供硬件平台以支持传感器设备的接入。
[0008]优选地，应用接口层的API接口用于给用户提供接口函数，接口函数包括传感器设备查询函数、传感器操作函数和传感器数据分发函数；传感器设备查询函数用于获取即插即用层提供的设备管理信息；传感器操作函数用于对传感器进行操作和配置控制指令；传感器数据分发函数用于将传感器采集到的数据进行发布。
[0009]优选地，即插即用层包括设备驱动模块、设备管理模块和数据处理模块，设备驱动模块用于对不同厂家、不同型号的传感器的驱动软件进行适配，对于业界成熟的传感器设备，直接集成驱动软件进设备驱动模块中；设备管理模块用于在软件层面维护传感器管理数据结构，同时当检测到传感器插入和拔出时会对应创建或者删除此传感器的信息。
[0010]数据处理模块用于将不同厂家、不同型号的传感器输出的数据格式进行统一，以提供标准统一的数据接口。
[0011]优选地，设备驱动模块内集成的待使用的传感器的驱动软件，包括传感器厂商提供的原始软件驱动和设备驱动程序员自行编写的驱动程序。
[0012]优选地，设备驱动模块中的驱动程序以头文件和静态链接库的形式添加到设备驱动模块中，其中，头文件中包括驱动程序的函数声明、常量定义，静态链接库包括驱动程序的实现代码；在编译时，静态链接库会被链接到设备驱动模块的可执行文件中，以实现对驱动程序的调用。
[0013]优选地，设备管理模块包括设备插拔监测单元和统一设备描述单元，设备管理模块针对不同类型的设备，创建不同的设备插拔监测单元，通过设置不同的过滤器来监测不同类型设备的插拔事件，当有设备插入或拔出时，获取到设备的操作类型，即插入或拔出，再获取到设备节点路径，最后读取设备的属性列表，遍历属性列表获取设备的各种属性；统一设备描述单元为不同类型的设备提供统一的设备描述信息，包括设备类型、设备名称、设备状态；当监测到设备的插拔事件时，根据设备类型更新设备描述结构体的对应属性。
[0014]优选地，为实现统一的设备描述信息，定义设备描述结构体，用来存储设备的属性信息，其中，设备的属性信息包括设备类型、设备名称、设备状态和设备节点路径。
[0015]优选地，在传感器接入系统被设备驱动模块识别并由设备管理模块分配统一描述后，由数据处理模块针对不同种类的传感器数据进行统一处理，数据处理模块用于接收来自多个不同类型传感器的数据流，并将数据流中同一类型不同厂商的传感器数据流转换为对应类型的传感器的统一格式后输出。
[0016]优选地，不同类型传感器包括相机、激光雷达、IMU。
[0017]优选地，对应类型的传感器的统一格式包括对应类型的传感器数据的所有特征。
[0018]在基于Fast
‑
DDS高效通信的基础上来设计一种传感器的即插即用机制，形成一套一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，通过将传感器数据格式统一，使得不同类型的传感器可以共享同一通信中间件；通过Fast
‑
DDS提供的实时数据传输机制，使得不同的设备可以实时地共享传感器数据；通过对传感器驱动的集成和设备的统一描述，使得传感器能够即插即用。可以灵活适应不同的传感器设备，支持多种接口和数据格式，同时实现了设备的自动识别和管理。基于DDS抽象层实现的数据发布和订阅功能可以实现实时数据交换和分发，保证了系统的实时性和可靠性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一实施例中一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件的结构示意图；图2为本专利技术一实施例中一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件的用户使用流程示意图；图3为本专利技术另一实施例中一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件的结构示意图；图4为本专利技术一实施例中设备管理模块软件实现机制示意图；图5为本专利技术一实施例中即插即用层各模块之间的调用关系示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，其特征在于，包括上层软件模块和下层系统模块，所述上层软件模块包括应用接口层、DDS抽象层和即插即用层，所述下层系统模块包括操作系统层、设备接口层和设备硬件层；所述应用接口层设计了基于C++和python的API接口，用于提供传感器各种操作的接口；所述DDS抽象层基于Fast
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DDS对所述API接口进行二次封装，提供了统一的数据发布接口、数据订阅接口、数据写入接口、数据读取接口和Qos质量服务配置接口；所述即插即用层用于集成待使用的传感器的驱动软件、维护传感器管理数据结构、对各种接口设备进行热插拔检测和管理，以及对传感器输出的数据格式进行统一；所述操作系统层是传感器即插即用中间件的基础支持层，用于提供底层系统服务和通信协议栈；所述设备接口层用于提供不同接口类型的传感器的接入功能，充当传感器和操作系统之间的桥梁，处理不同接口类型的传感器和操作系统之间的通信；所述设备硬件层为传感器即插即用中间件的底层支持，用于提供硬件平台以支持传感器设备的接入。2.根据权利要求1所述的一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，其特征在于，所述应用接口层的API接口用于给用户提供接口函数，所述接口函数包括传感器设备查询函数、传感器操作函数和传感器数据分发函数；所述传感器设备查询函数用于获取即插即用层提供的设备管理信息；所述传感器操作函数用于对传感器进行操作和配置控制指令；所述传感器数据分发函数用于将传感器采集到的数据进行发布。3.根据权利要求2所述的一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，其特征在于，所述即插即用层包括设备驱动模块、设备管理模块和数据处理模块，所述设备驱动模块用于对不同厂家、不同型号的传感器的驱动软件进行适配，对于业界成熟的传感器设备，直接集成驱动软件进所述设备驱动模块中；所述设备管理模块用于在软件层面维护传感器管理数据结构，同时当检测到传感器插入和拔出时会对应创建或者删除此传感器的信息；所述数据处理模块用于将不同厂家、不同型号的传感器输出的数据格式进行统一，以提供标准统一的数据接口。4.根据权利要求3所述的一种面向自主无人系统的传感器即插即用中间件，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，阳炼，罗鑫泳，钟杭，陈波，毛建旭，王耀南，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：