一种水下滑翔机用低功耗控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种水下滑翔机用低功耗控制系统，具有嵌入式控制装置、通信定位装置、数据采集装置、能源管理装置以及伺服控制装置，以嵌入式控制装置为控制核心，经由串口总线与数据采集装置以及通信定位装置进行数据通信交互；嵌入式控制装置的控制输出端接有伺服控制装置；嵌入式控制装置经ＩＯ接口连接能源管理装置。本实用新型专利技术实现了水下滑翔机运动控制、作业过程数据采集、水面通信定位、状态监测、应急抛载等功能，降低系统功耗，提高水下滑翔机续航能力，方便设备连接，系统稳定可靠。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及低功耗、嵌入式控制技术，具体说是一种适用于长时间作业的水下滑翔机用低功耗控制系统。
技术介绍
水下滑翔机是一种将浮标、潜标技术与水下机器人技术相结合而研制出的一种无 外挂推进装置、依靠自身浮力驱动的新型水下测量系统，主要负责水下滑翔机下潜作业时 海洋环境数据采集与存储、路径规划、运动姿态控制、通信链路建立、数据传输、使命任务接 收与解释、系统状态监测以及系统出错应急处理等。水下滑翔机具有作业范围广、作业时间长、机动可控、可重复利用等特点，是一种自带能源的水下测量平台，其最大连续作业时间 可达数月。由于水下滑翔机的长作业时间，使得水下滑翔机控制系统的消耗了大部分自带 能源，因此需要设计低功耗、适用于水下滑翔机的控制系统，以降低水下滑翔机控制系统功 耗是非常有必要的，可以直接提高水下滑翔机的续航能力。当前大多数水下机器人控制系 统都采用基于PC104的嵌入式计算机和相应的扩展板卡构成，如AD转换板、数据10板和串 口板等。这种基于PC104的控制系统具有技术成熟、开发方便、处理能力强等特点，可适用 于大多数作业时间较短的水下机器人系统。但是，由于基于PC104控制系统的功耗较大，已 经不适合于像水下滑翔机这种自带能源、作业时间长的水下机器人系统，因此需要重新开 发一种适用于水下滑翔机的低功耗控制系统。具有低功耗的水下滑翔机控制系统尚未见报 道。
技术实现思路
针对现有技术中存在的控制系统的功耗较大等不足之处，本技术要解决的技术问题是提供一种性能可靠的水下滑翔机用低功耗控制系统。 为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是 本技术一种水下滑翔机用低功耗控制系统具有嵌入式控制装置、通信定位装 置、数据采集装置、能源管理装置以及伺服控制装置，以嵌入式控制装置为控制核心，经由 串口总线与数据采集装置以及通信定位装置进行数据通信交互；嵌入式控制装置的控制输 出端接有伺服控制装置；嵌入式控制装置经IO接口连接能源管理装置。 所述嵌入式控制装置包括核心处理模块、串口扩展模块、AD扩展模块、DA扩展模 块、10接口以及极低功耗的多功能日历模块、SRAM、FLASH和SD存储卡；核心处理模块通过 SPI总线接口连接串口扩展模块，再经由串口总线连接数据采集装置和通信定位装置；核 心处理模块通过SPI总线接口经由AD扩展模块连接接数据采集装置；核心处理模块通过 I忙总线经由DA扩展模块与伺服控制装置相连；核心处理模块经IO接口与能源管理装置相 连，核心处理模块通过第一串口与第二串口连接通信定位装置；核心处理模块由极低功耗 的多功能日历模块提供时间信息，通过SRAM、 FLASH以及SD存储卡存储数据和嵌入式控制 程序。 所述能源管理装置包括电源变换模块和电源控制模块，其中电源控制模块(通过 电源变换模块与嵌入式控制装置的IO接口相连，电源控制模块的输出端通过光耦继电器 接至滑翔机用低功耗控制系统的工作电源。 所述通信定位装置包括卫星通信模块、无线通信模块和定位模块，嵌入式控制装 置的核心处理模块通过第一串口与第二串口分别连接卫星通信模块、无线通信模块，通过 定位装置获取当前滑翔机载体的绝对物理位置送至核心处理模块。 所述数据采集装置包括位姿采集模块和传感器测量模块，其将采集到的水下滑翔 机工作深度、工作电压、工作电流以及载体内压通过嵌入式控制装置的AD扩展模块送至核 心处理模块。 所述伺服控制装置包括浮力调节模块、俯仰调节模块以及横滚调节模块元，对滑 翔机载体姿态的调节即俯仰角度、横滚角度、航向角度以及实现水下滑翔机上升与下潜。 本技术还具有应急处理装置，其包括避碰模块和抛载模块，避碰模块将水下 滑翔机的系统工作电流、工作电压、电池剩余容量，漏水状态、水下滑翔机载体内压、传感器 状态、电机工作状态、避碰状态、文件系统状态、速度状态的各类检测信号经由嵌入式控制 装置的串口总线和串口扩展模块与核心处理模块相连，抛载模块接收嵌入式控制装置的输 出信号实施对系统安全状态监测与应急抛载控制。 本技术具有以下有益效果及优点 1.本技术实现了水下滑翔机运动控制、作业过程数据采集、水面通信定位、状态监测、应急抛载等功能，还可以降低系统功耗，提高水下滑翔机续航能力。 2.本技术采用功耗低、性能高、工业级的ARM处理器为控制核心，以抢占式内核的实时操作系统作为系统操作系统，高效率的电源管理，丰富的扩展接口 ，方便设备连接，系统稳定可靠。 3.采用FAT32格式进行文件读取与存储，通过无线通信和卫星通信两种数据转输方式，使通信更加可靠。 说明书附图说明图1为本技术组成框图； 图2为本技术中嵌入式控制装置结构框图； 图3为本技术中能源管理装置结构框图； 图4为本技术采用的控制方法软件流程图； 图5为本技术从休眠状态到唤醒状态的控制流程图。具体实施方式如图1所示，本技术水下滑翔机用低功耗控制系统包括嵌入式控制装置1、通 信定位装置2、数据采集装置3、能源管理装置4以及伺服控制装置6，以嵌入式控制装置1 为控制核心，经由串口总线与数据采集装置3以及通信定位装置2进行数据通信交互；嵌入 式控制装置1的控制输出端接有伺服控制装置6 ;嵌入式控制装置1经10接口 21连接能源管理装置4。 如图2所示，所述嵌入式控制装置l包括核心处理模块17、串口扩展模块18、AD扩 展模块19、 DA扩展模块20、 10接口以及极低功耗的多功能日历模块22、 SRAM23、 FLASH24和SD存储卡25 ;核心处理模块17通过SPI总线接口连接串口扩展模块18，再经由串口总 线连接数据采集装置3和通信定位装置2 ;核心处理模块17通过SPI总线接口由AD扩展 模块19连接接数据采集装置3 ;核心处理模块17通过I2C总线由DA扩展模块20与伺服 控制装置6相连；核心处理模块17经10接口 21与能源管理装置4相连，核心处理模块17 通过第一串口 26和第二串口 27连接通信定位装置2 ;核心处理模块17由极低功耗的多功 能日历模块22提供时间信息，通过SRAM23、FLASH24为嵌入式控制程序提供存储空间，通过 SD存储卡25以FAT32文件系统格式对系统数据进行存储与读取等。 如图3所示所述能源管理装置4包括电源变换模块28和电源控制模块29，其中电 源控制模块29通过电源变换模块28与嵌入式控制装置1的10接口 21相连，电源控制模 块29的输出端接至滑翔机用低功耗控制系统的工作电源。 所述通信定位装置2包括卫星通信模块7、无线通信模块8和定位模块9，嵌入式 控制装置1的核心处理模块17通过第一串口 26与第二串口 27分别连接卫星通信模块7、 无线通信模块8，通过定位装置9获取当前滑翔机载体的绝对物理位置送至核心处理模块 17。 所述数据采集装置3包括位姿模块10和测量模块11 (采用型号为SBE49FASTCAT 的传感器)，其将采集到的水下滑翔机工作深度、工作电压、工作电流以及载体内压通过嵌 入式控制装置1的AD扩展模块19送至核心处理模块17。 所述伺服控制装置6包括浮力调节模块16、俯仰调节模块15以及横滚调节模块元 14，三个模块的输出信号分别接至对滑翔机载体姿态的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下滑翔机用低功耗控制系统，其特征在于：具有嵌入式控制装置（１）、通信定位装置（２）、数据采集装置（３）、能源管理装置（４）以及伺服控制装置（６），以嵌入式控制装置（１）为控制核心，经由串口总线与数据采集装置（３）以及通信定位装置（２）进行数据通信交互；嵌入式控制装置（１）的控制输出端接有伺服控制装置（６）；嵌入式控制装置（１）经ＩＯ接口（２１）连接能源管理装置（４）。

【技术特征摘要】
一种水下滑翔机用低功耗控制系统，其特征在于具有嵌入式控制装置(1)、通信定位装置(2)、数据采集装置(3)、能源管理装置(4)以及伺服控制装置(6)，以嵌入式控制装置(1)为控制核心，经由串口总线与数据采集装置(3)以及通信定位装置(2)进行数据通信交互；嵌入式控制装置(1)的控制输出端接有伺服控制装置(6)；嵌入式控制装置(1)经IO接口(21)连接能源管理装置(4)。2. 按权利要求1所述的水下滑翔机用低功耗控制系统，其特征在于所述嵌入式控制 装置(1)包括核心处理模块(17)、串口扩展模块(18) 、AD扩展模块(19) 、DA扩展模块(20)、 IO接口以及极低功耗的多功能日历模块(22)、SRAM(23)、FLASH(24)和SD存储卡(25);核 心处理模块(17)通过SPI总线接口连接串口扩展模块(18)，再经由串口总线连接数据采 集装置(3)和通信定位装置(2);核心处理模块(17)通过SPI总线接口经由AD扩展模块 (19)连接接数据采集装置(3);核心处理模块(17)通过I2C总线经由DA扩展模块(20)与 伺服控制装置(6)相连；核心处理模块(17)经IO接口 (21)与能源管理装置(4)相连，核 心处理模块(17)通过第一串口 (26)与第二串口 (27)连接通信定位装置(2);核心处理模 块(17)由极低功耗的多功能日历模块(22)提供时间信息，通过SRAM(23)、FLASH(24)以及 SD存储卡(25)存储数据和嵌入式控制程序。3. 按权利要求1所述的水下滑翔机用低功耗控制系统，其特征在于所述能源管理装 置(4)包括电源变换模块(28)和电源控制模块(29)，其中电源控制模块(29)通过电源变 换模块(28)与嵌入式控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘崇杰，俞建成，公丕亮，陈琦，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：89[中国|沈阳]