一种无人船控制系统的制作方法

本实用新型实施例涉及计算机技术领域，具体涉及一种无人船控制系统。

背景技术：

无人船是一种水上智能化测量平台。主要用于在近海、河流、湖泊、水库等水域的水文、水环境和水生态监测与信息采集，并在实时处理和分析的基础上，将信息传送给岸基接收设备。

日常水文、水环境和水生态观测方式仍以控制断面、抽样和定点观测为主，观测平台也是传统的拖揽或拖曳式小型无人船、手工采样器和便携式测量设备，操作过程费时费力，且能获取的数据量十分有限。水上无人船是解决这些问题的有效工具，它具有无人化、智能化、可扩展和操作方便等特点。无人船控制系统是保证水上无人船正常工作的核心部件。

在实现本实用新型实施例的过程中，发明人发现现有的无人船控制系统处理能力差，扩展能力不足，不能运行复杂算法。

技术实现要素：

由于现有的无人船控制系统处理能力差，扩展能力不足，不能运行复杂算法的问题，本实用新型实施例提出一种无人船控制系统。

本实用新型实施例提出一种无人船控制系统，包括：SMP(对称多协处理器)、DSC(数字信号控制器)、姿态传感器、数传电台、定位模块和开关电源；

所述SMP分别与所述DSC、所述数传电台和所述定位模块连接；

所述DSC与所述姿态传感器连接。

优选地，所述无人船控制系统还包括：PWM功能接口；

所述PWM功能接口设于所述DSC控制器中，用于无人船外部硬件控制。

优选地，所述无人船控制系统还包括：CAN、RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口；

所述CAN与RS232基本通讯接口设于所述SMP中，用于扩展水深测量仪、水质检测仪等外接传感器设备。

所述RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口设于所述DSC中，用于扩展无人船船体控制的传感器模块。

优选地，所述无人船控制系统还包括：USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高级接口；

所述USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高级接口设于所述SMP处理器中，用于扩展USB设备、网络设备、显示设备、存储卡。

优选地，所述无人船控制系统还包括：网络摄像机；

所述网络摄像机通过所述Ethernet高级接口与SMP连接。

优选地，所述无人船控制系统还包括：超声波避障模块；

所述超声波避障模块与所述DSC连接，用于获取障碍物距离。

优选地，所述无人船控制系统还包括：开关电源；

所述开关电源分别为所述SMP、所述DSC、所述姿态传感器、所述数传电台和所述定位模块供电，同时还预留不同电压等级接口，供外部扩展设备使用。

优选地，所述SMP处理器为四核Cortex-A9的IMX6Q。

优选地，所述DSC控制器为数字信号控制器STM32。

优选地，所述姿态传感器为板载MPU9250九轴组合姿态传感器。

由上述技术方案可知，本实用新型实施例通过姿态传感器、定位模块，实现无人船定位、导航；通过超声波模块，实现无人船避障；通过数传电台，实现与岸基平台通讯；采用单独的对称多协处理器和数字信号控制器，使得无人船控制系统高度集成、可扩展强和运算处理能力优越，系统预留的大量无人船控制接口和通讯接口，方便加载水下相机、水深测量仪、水质检测仪等外接传感器设备并安装在各种水上无人船平台上使用，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种无人船控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的另一种无人船控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1示出了本实施例提供的一种无人船控制系统的流程示意图，包括：SMP处理器101、DSC控制器102、姿态传感器103、数传电台104、定位模块105和开关电源106；

所述SMP处理器101分别与所述DSC控制器102、所述数传电台104和所述定位模块105连接；

所述DSC控制器102与所述姿态传感器103连接。

其中，所述SMP处理器101用于处理所述无人船控制系统中的数据。采用对称多处理器，能够运算复杂算法，可以控制无人船航行，也可以轻松应对视频的各种处理需求，可以用来判断周围环境状态。

所述DSC控制器102用于控制电机并采集无人船上搭载的传感器数据。

所述SMP处理器101和所述DSC控制器102之间通过SPI总线进行数据通信，可以通过MicroSD卡存储数据文件。

所述姿态传感器103用于姿态感知，采集包括三维加速度、角速度、磁偏角数据。

所述数传电台104可以采用高性能、远距离433M频率无线电台，传输距离最高可达到6KM。无线电台可传输实时数据到岸基PC端的上位机软件系统。数传电台主要用于与岸基软件系统通信，上传无人船状态信息，接受遥控信息的功能。

所述定位模块105可以采用GPS或北斗双模进行定位，带天线(GPS/北斗双模)，通过UART与STM32进行数据通信，兼容GPS(L1)、北斗(B1)两种定位系统，其中，数据更新频率为5Hz，定位精度3m，速度精度0.1m/s。根据定位数据，无人船可根据规划路径自行完成航行任务。主要用于获取无人船的实时位置，并基于规划导航算法，实现根据路径规划结果的自主导航功能。

所述开关电源106采用DC-DC电路、带保护电路、电压采样电路，开关电源能够在给本系统提供电源的同时，为外部设备提供电源接口，便于系统的扩展。

所述无人船控制系统的控制软件平台运行ubuntu操作系统，能够大大增强功能的可扩展性。

本实施例通过姿态传感器、数传电台和定位模块，能够便于无人船控制系统进行姿态检测、数据传输和定位；并通过采用单独的SMP处理器和DSC控制器，使得无人船控制系统高度集成、可扩展强和运算处理能力优越，方便加载水下相机、水深测量仪、水质检测仪等外接传感器设备并安装在各种水上无人船平台上使用，具有广阔的应用前景。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：PWM功能接口；

所述PWM功能接口由所述控制器提供。

通过预留控制舵机和双电机的PWM功能接口，能够用来控制电机、舵机信号，输出控制接口。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：CAN、RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口；

所述CAN、部分RS232基本通讯接口由所述SMP处理器提供。

所述部分RS232、RS485、UART、SPI基本通信接口由所述DSC控制器提供。

通过预留CAN、RS485、RS232、UART、SPI等基本通信接口，便于系统的扩展和二次开发，如加载水下相机、水深测量仪、水质检测仪等外接传感器设备。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高级接口；

所述USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高级接口由所述SMP处理器提供。

其中，所述Ethernet高级接口的传输速率可以为100M/s。

通过预留USB、Ethernet、HDMI、MicroSD等高级接口，便于系统的扩展，如USB接口设备、网络设备、显示设备、存储设备；同时便于与相同接口设备挂载使用。

本实施例提供的无人船控制系统的硬件集成适用于无人船的硬件模块，还预留基本和高级接口可供二次开发，软件运行Ubuntu开源系统，系统开源，再加上系统还包含定位、姿态解算、控制算法便于开发使用，无人船控制系统是围绕着无人船平台来开发，为无人船提供服务。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：网络摄像机；

所述网络摄像机通过所述Ethernet高级接口与SMP处理器连接。

其中，所述网络摄像机可以进行高清视频采集(720P@30fps)，视频处理(Opencv)、录制(ffmpeg)与存储，可以存储到SD卡中。

通过网络摄像机能够及时获取、处理和存储视频数据。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：超声波避障模块；

所述超声波避障模块与所述处理器通信连接。

其中，所述超声波避障模块在无人船航行过程中，可能会遇到礁石或岛屿，水上漂浮物或船只等阻碍航行的障碍物，利用超声波的反射原理，可探知0-5m内的障碍物，确保航线的安全性，通过对数据处理，选择最优路线避开航行路线上的障碍物。

通过使用超声波避障模块中的超声波探测周围障碍物的距离，并配合避障算法，达到无人船航行过程中躲避障碍物的目的。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述无人船控制系统还包括：开关电源；

所述开关电源分别为所述SMP处理器、所述DSC控制器、所述姿态传感器、所述数传电台和所述定位模块供电。

其中，所述开关电源采用三组开关电源(12V/3A、2×5V/3A)带保护电路，以及电池电压采样电路，三组开关电源能够在给本系统提供电源的同时，为外部设备提供电源接口，便于系统的扩展。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述SMP处理器为四核Cortex-A9的IMX6Q。

通过采用Freescale最新一代工业级I.MX6Q Cortex-A9四核处理器，频率最高可达1.2GHz。集成了高性能GPU和VPU单元，为视频采集与处理及其它复杂应用提供了有力保障。系统运行ubuntu操作系统，极大增强了无人船控制系统的可扩展性。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述DSC控制器为数字信号控制器STM32。

通过采用STM32高性能、低功耗微控制器，丰富的外设资源，能够方便获取大量传感数据，I.MX6Q与STM32之间通过SPI总线进行数据通信，速度可达5Mbps，以满足I.MX6Q和STM32高速的数据通讯需求。

进一步地，在上述实施例的基础上，所述姿态传感器为板载MPU9250九轴组合姿态传感器。

通过使用MPU9250九轴组合姿态传感器，方便采集姿态信息，包括三维加速度、角速度、磁偏角。

具体的，如图2所示为本实施例提供的一种无人船控制系统，包括SMP处理器201、DSC控制器202、数传电台204、GPS/北斗定位模块205、九轴姿态传感器203、电池电量检测电路(图2中未示出)、开关电源206和电源输入输出接口，以及SPI接口、RS232接口、USART接口、I/O口(图2中未示出)、PWM、RS485、CAN和RS232接口。通过这些预留接口，可连接的外部配件或仪器设备包括锂电池，舵机及双电机，USB设备，SD存储卡，LCD显示器，电台天线、GPS/北斗天线，以及水下相机、水深测量仪、水质检测仪等。

其中，对锂电池的电量检测具体为：所述DSC控制器202内部12位AD对电池电量电压进行采集，根据电池充放电曲线可计算出电量，从而判断无人船的剩余续航时间。

本实施例利用多核处理器的高性能，解决现有无人船控制系统处理能力差，扩展能力不足，不能运行复杂算法等问题。极大提高无人船多任务处理，复杂算法计算能力。利用微控制器的功耗低，外设功能丰富的特点，提高无人船的信息采集能力、可扩展性和续航能力。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者分布在不同位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。