本實(shí)用新型涉及水下無人潛水器(ROV)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水下無人潛水器的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的水下無人潛水器(Remotely Operated underwater Vehicle，ROV)包括許多功能模塊，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)控制精度、可靠性和穩(wěn)定性都有很高的要求。

當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案中，多采用單處理器單元對(duì)ROV進(jìn)行管理和調(diào)試，由單處理器同時(shí)處理通訊任務(wù)、控制任務(wù)、電源管理任務(wù)、傳感器數(shù)據(jù)采集任務(wù)、視頻采集任務(wù)、傳輸任務(wù)等。然而單處理器單元存在可靠性偏低、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度慢、調(diào)試?yán)щy等問題。如果使用性能很高的單處理器加實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)方案，則存在開發(fā)和應(yīng)用成本偏高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水下無人潛水器的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水下無人潛水器的分布式管理和分布式調(diào)試，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性，降低成本。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種用于水下無人潛水器的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)，包括設(shè)置在水下無人潛水器中的多個(gè)處理器和CAN總線，多個(gè)所述處理器分別與所述水下無人潛水器中的多個(gè)執(zhí)行單元相對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述處理器用于控制相應(yīng)的所述執(zhí)行單元進(jìn)行工作，多個(gè)所述處理器之間通過所述CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并且通過所述CAN總線對(duì)相應(yīng)的所述執(zhí)行單元進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述處理器通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)與所述CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以及對(duì)相應(yīng)的所述執(zhí)行單元進(jìn)行控制。

優(yōu)選地，所述分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)還包括岸上設(shè)備，所述岸上設(shè)備中設(shè)置有調(diào)試監(jiān)控單元，所述調(diào)試監(jiān)控單元用于向各個(gè)所述處理器發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)，并用于實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)所述處理器與所述CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)的數(shù)據(jù)包。

優(yōu)選地，所述岸上設(shè)備與所述水下無人潛水器之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行信息交互。

優(yōu)選地，所述調(diào)試監(jiān)控單元包括遙控器、顯示器和計(jì)算機(jī)，所述遙控器用于向所述CAN總線發(fā)送遙控操作指令，并接受所述CAN總線反饋的各個(gè)所述執(zhí)行單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述顯示器用于顯示調(diào)試及監(jiān)控情況。

優(yōu)選地，所述執(zhí)行單元中具有復(fù)位裝置，所述復(fù)位裝置用于接收來自于相應(yīng)的處理器的復(fù)位信號(hào)，并執(zhí)行復(fù)位操作。

優(yōu)選地，所述水下無人潛水器包括推進(jìn)器單元、姿態(tài)控制單元、通訊管理單元、攝像頭管理單元和電源管理單元，還包括分別與所述推進(jìn)器單元、所述姿態(tài)控制單元、所述通訊管理單元、所述攝像頭管理單元和所述電源管理單元相對(duì)應(yīng)的第一處理器、第二處理器、第三處理器、第四處理器和第五處理器；

所述第一處理器用于通過所述CAN總線向所述推進(jìn)器單元發(fā)送推進(jìn)器操作指令，并接受所述推進(jìn)器單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述第二處理器用于通過所述CAN總線向所述姿態(tài)控制單元發(fā)送姿態(tài)控制操作指令，并接受所述姿態(tài)控制單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述第三處理器用于通過所述CAN總線向所述通訊管理單元發(fā)送通訊操作指令，并接受所述通訊單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述第四處理器用于通過所述CAN總線向所述攝像頭管理單元發(fā)送云臺(tái)操作指令，并接受所述攝像頭管理單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述第五處理器用于通過所述CAN總線向所述電源管理單元發(fā)送電源管理操作指令，并接受所述電源管理單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型通過引入CAN總線技術(shù)，并結(jié)合實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，把單處理器處理所有任務(wù)的模式更改為多處理器協(xié)同管理多個(gè)任務(wù)的模式，各個(gè)處理器通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)ROV各個(gè)執(zhí)行單元的分布式管理和分布式調(diào)試功能，具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、調(diào)試方便、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型所提供的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型提供了一種用于水下無人潛水器的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括設(shè)置在水下無人潛水器中的多個(gè)處理器和CAN(控制器局域網(wǎng)，Controller Area Network)總線，多個(gè)處理器分別與水下無人潛水器中的多個(gè)執(zhí)行單元相對(duì)應(yīng)，每個(gè)處理器用于控制相應(yīng)的執(zhí)行單元進(jìn)行工作，多個(gè)處理器之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并且通過CAN總線對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行單元進(jìn)行控制。

這里的處理器可以是CPU。本實(shí)用新型把單處理器處理所有任務(wù)的模式更改為多處理器協(xié)同管理多個(gè)任務(wù)的模式，各個(gè)處理器通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)ROV各個(gè)執(zhí)行單元的分布式管理和分布式調(diào)試功能。

本實(shí)用新型中使用的CAN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)(支持錯(cuò)誤處理、檢測(cè)機(jī)制)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低的優(yōu)點(diǎn)，有利于提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。由于多個(gè)處理器各自處理的任務(wù)、功能相對(duì)單一，因此對(duì)性能要求降低、可以采用價(jià)格低廉的處理器芯片。同理，由于功能簡(jiǎn)單，各個(gè)執(zhí)行單元的開發(fā)成本和硬件成本也大大降低。

同樣，由于各個(gè)處理器的處理任務(wù)單一，各個(gè)執(zhí)行單元的負(fù)載減輕，功能也相應(yīng)簡(jiǎn)化，使得響應(yīng)速度加快。

優(yōu)選地，處理器通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real-Time Operating System，RTOS)與CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以及對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行單元進(jìn)行控制。

本實(shí)用新型通過引入RTOS操作系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間更短，在分布式管理和調(diào)試過程中，能夠解決響應(yīng)速度的問題。

優(yōu)選地，所述分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)還包括岸上設(shè)備，所述岸上設(shè)備中設(shè)置有調(diào)試監(jiān)控單元，所述調(diào)試監(jiān)控單元用于向各個(gè)所述處理器發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)，并用于實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)所述處理器與所述CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)的數(shù)據(jù)包。由于分布式管理調(diào)試系統(tǒng)的各個(gè)處理器通過CAN總線進(jìn)行交互，因此只需要監(jiān)控CAN總線的數(shù)據(jù)包，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能監(jiān)控。在調(diào)試過程中，也可以通過向CAN總線發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行單元的同時(shí)調(diào)試，使用非常便利。

此外，由于各個(gè)執(zhí)行單元由各自的處理器進(jìn)行管理。因此，一旦某個(gè)執(zhí)行單元出現(xiàn)故障，不影響系統(tǒng)其它功能，避免單處理器系統(tǒng)一旦處理器故障，則系統(tǒng)癱瘓的問題。

優(yōu)選地，所述岸上設(shè)備與所述水下無人潛水器之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行信息交互。在所述岸上設(shè)備中，所述調(diào)試監(jiān)控單元包括遙控器、顯示器和計(jì)算機(jī)，所述遙控器用于向所述CAN總線發(fā)送遙控操作指令，并接受所述CAN總線反饋的各個(gè)所述執(zhí)行單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所述顯示器用于顯示調(diào)試及監(jiān)控情況。

進(jìn)一步地，執(zhí)行單元中具有復(fù)位裝置，所述復(fù)位裝置用于接收來自于相應(yīng)的處理器的復(fù)位信號(hào)，并執(zhí)行復(fù)位操作。在本實(shí)用新型中，處理器通過對(duì)各個(gè)執(zhí)行單元的復(fù)位裝置進(jìn)行控制，即可實(shí)現(xiàn)硬件復(fù)位重啟、軟件復(fù)位和開關(guān)電源重啟等功能，及時(shí)修復(fù)系統(tǒng)故障。

做為本實(shí)用新型的一種具體實(shí)施例，水下無人潛水器包括的執(zhí)行單元主要有：推進(jìn)器單元、姿態(tài)控制單元、通訊管理單元、攝像頭管理單元和電源管理單元，還包括分別與推進(jìn)器單元、姿態(tài)控制單元、通訊管理單元、攝像頭管理單元和電源管理單元相對(duì)應(yīng)的第一處理器、第二處理器、第三處理器、第四處理器和第五處理器；其中：

第一處理器用于通過CAN總線向推進(jìn)器單元發(fā)送推進(jìn)器操作指令，并接受推進(jìn)器單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

第二處理器用于通過CAN總線向姿態(tài)控制單元發(fā)送姿態(tài)控制操作指令，并接受姿態(tài)控制單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

第三處理器用于通過CAN總線向通訊管理單元發(fā)送通訊操作指令，并接受通訊單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

所述第四處理器用于通過所述CAN總線向所述攝像頭管理單元發(fā)送云臺(tái)操作等指令，并接受所述攝像頭管理單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

第五處理器用于通過CAN總線向電源管理單元發(fā)送電源管理操作指令，并接受電源管理單元反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

具體地，在本實(shí)用新型的ROV設(shè)計(jì)中，推進(jìn)器單元、姿態(tài)控制單元、通訊管理單元、攝像頭管理單元和電源管理單元等分別由不同的CPU進(jìn)行管理，各個(gè)CPU通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，各個(gè)CPU及執(zhí)行單元只負(fù)責(zé)單一的功能。實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)應(yīng)于推進(jìn)器單元的CPU只負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)數(shù)指令和發(fā)送推進(jìn)器狀態(tài)；對(duì)應(yīng)于姿態(tài)控制單元的CPU只負(fù)責(zé)姿態(tài)控制，實(shí)際的執(zhí)行由推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)；對(duì)應(yīng)于通訊單元的CPU只負(fù)責(zé)通訊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；對(duì)應(yīng)于電源管理單元的CPU只負(fù)責(zé)電源的管理。

調(diào)試過程中，通過專業(yè)的CAN轉(zhuǎn)換器或者CAN轉(zhuǎn)TCP設(shè)備，監(jiān)控推進(jìn)器單元、姿態(tài)控制單元、通訊管理單元、攝像頭管理單元、電源管理單元等的數(shù)據(jù)包，查看各個(gè)單元的當(dāng)前狀態(tài)。此外，還可以通過調(diào)試軟件，發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)單元的功能控制。本實(shí)用新型通過各個(gè)執(zhí)行單元的細(xì)化分工和通訊協(xié)調(diào)，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的效果。

相應(yīng)地，基于上述分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)的分布式管理和調(diào)試方法包括以下步驟：

多個(gè)處理器之間通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

每個(gè)處理器通過CAN總線控制相應(yīng)的執(zhí)行單元進(jìn)行工作。

本實(shí)用新型把單處理器處理所有任務(wù)的模式更改為多處理器協(xié)同管理多個(gè)任務(wù)的模式，各個(gè)處理器通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)ROV各個(gè)執(zhí)行單元的分布式管理和分布式調(diào)試功能。CAN總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)(支持錯(cuò)誤處理、檢測(cè)機(jī)制)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低的優(yōu)點(diǎn)，有利于提升系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

優(yōu)選地，處理器1通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)與CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以及對(duì)相應(yīng)的執(zhí)行單元進(jìn)行控制。本實(shí)用新型通過引入RTOS操作系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間更短，在分布式管理和調(diào)試過程中，能夠解決響應(yīng)速度的問題。

優(yōu)選地，所述分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)還包括岸上設(shè)備，所述岸上設(shè)備中設(shè)置有調(diào)試監(jiān)控單元，所述分布式管理和調(diào)試方法還包括：

所述調(diào)試監(jiān)控單元向各個(gè)所述處理器發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)所述處理器與所述CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)的數(shù)據(jù)包。

由于各個(gè)處理器通過CAN總線進(jìn)行交互，因此只需要監(jiān)控CAN總線的數(shù)據(jù)包，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能監(jiān)控。在調(diào)試過程中，也可以通過向CAN總線發(fā)送調(diào)試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行單元的同時(shí)調(diào)試，使用非常便利。此外，由于各個(gè)執(zhí)行單元由各自的處理器進(jìn)行管理。因此，一旦某個(gè)執(zhí)行單元出現(xiàn)故障，不影響系統(tǒng)其它功能，避免單處理器系統(tǒng)一旦處理器故障，則系統(tǒng)癱瘓的問題。

綜上所述，本實(shí)用新型所提供的分布式管理和調(diào)試系統(tǒng)和方法具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、調(diào)試方便、抗干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。