本實用新型實施例涉及計算機技術領域，具體涉及一種無人船控制系統(tǒng)。

背景技術：

無人船是一種水上智能化測量平臺。主要用于在近海、河流、湖泊、水庫等水域的水文、水環(huán)境和水生態(tài)監(jiān)測與信息采集，并在實時處理和分析的基礎上，將信息傳送給岸基接收設備。

日常水文、水環(huán)境和水生態(tài)觀測方式仍以控制斷面、抽樣和定點觀測為主，觀測平臺也是傳統(tǒng)的拖攬或拖曳式小型無人船、手工采樣器和便攜式測量設備，操作過程費時費力，且能獲取的數(shù)據(jù)量十分有限。水上無人船是解決這些問題的有效工具，它具有無人化、智能化、可擴展和操作方便等特點。無人船控制系統(tǒng)是保證水上無人船正常工作的核心部件。

在實現(xiàn)本實用新型實施例的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的無人船控制系統(tǒng)處理能力差，擴展能力不足，不能運行復雜算法。

技術實現(xiàn)要素：

由于現(xiàn)有的無人船控制系統(tǒng)處理能力差，擴展能力不足，不能運行復雜算法的問題，本實用新型實施例提出一種無人船控制系統(tǒng)。

本實用新型實施例提出一種無人船控制系統(tǒng)，包括：SMP(對稱多協(xié)處理器)、DSC(數(shù)字信號控制器)、姿態(tài)傳感器、數(shù)傳電臺、定位模塊和開關電源；

所述SMP分別與所述DSC、所述數(shù)傳電臺和所述定位模塊連接；

所述DSC與所述姿態(tài)傳感器連接。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：PWM功能接口；

所述PWM功能接口設于所述DSC控制器中，用于無人船外部硬件控制。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：CAN、RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口；

所述CAN與RS232基本通訊接口設于所述SMP中，用于擴展水深測量儀、水質(zhì)檢測儀等外接傳感器設備。

所述RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口設于所述DSC中，用于擴展無人船船體控制的傳感器模塊。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高級接口；

所述USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高級接口設于所述SMP處理器中，用于擴展USB設備、網(wǎng)絡設備、顯示設備、存儲卡。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：網(wǎng)絡攝像機；

所述網(wǎng)絡攝像機通過所述Ethernet高級接口與SMP連接。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：超聲波避障模塊；

所述超聲波避障模塊與所述DSC連接，用于獲取障礙物距離。

優(yōu)選地，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：開關電源；

所述開關電源分別為所述SMP、所述DSC、所述姿態(tài)傳感器、所述數(shù)傳電臺和所述定位模塊供電，同時還預留不同電壓等級接口，供外部擴展設備使用。

優(yōu)選地，所述SMP處理器為四核Cortex-A9的IMX6Q。

優(yōu)選地，所述DSC控制器為數(shù)字信號控制器STM32。

優(yōu)選地，所述姿態(tài)傳感器為板載MPU9250九軸組合姿態(tài)傳感器。

由上述技術方案可知，本實用新型實施例通過姿態(tài)傳感器、定位模塊，實現(xiàn)無人船定位、導航；通過超聲波模塊，實現(xiàn)無人船避障；通過數(shù)傳電臺，實現(xiàn)與岸基平臺通訊；采用單獨的對稱多協(xié)處理器和數(shù)字信號控制器，使得無人船控制系統(tǒng)高度集成、可擴展強和運算處理能力優(yōu)越，系統(tǒng)預留的大量無人船控制接口和通訊接口，方便加載水下相機、水深測量儀、水質(zhì)檢測儀等外接傳感器設備并安裝在各種水上無人船平臺上使用，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型一實施例提供的一種無人船控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本實用新型一實施例提供的另一種無人船控制系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對實用新型的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

圖1示出了本實施例提供的一種無人船控制系統(tǒng)的流程示意圖，包括：SMP處理器101、DSC控制器102、姿態(tài)傳感器103、數(shù)傳電臺104、定位模塊105和開關電源106；

所述SMP處理器101分別與所述DSC控制器102、所述數(shù)傳電臺104和所述定位模塊105連接；

所述DSC控制器102與所述姿態(tài)傳感器103連接。

其中，所述SMP處理器101用于處理所述無人船控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。采用對稱多處理器，能夠運算復雜算法，可以控制無人船航行，也可以輕松應對視頻的各種處理需求，可以用來判斷周圍環(huán)境狀態(tài)。

所述DSC控制器102用于控制電機并采集無人船上搭載的傳感器數(shù)據(jù)。

所述SMP處理器101和所述DSC控制器102之間通過SPI總線進行數(shù)據(jù)通信，可以通過MicroSD卡存儲數(shù)據(jù)文件。

所述姿態(tài)傳感器103用于姿態(tài)感知，采集包括三維加速度、角速度、磁偏角數(shù)據(jù)。

所述數(shù)傳電臺104可以采用高性能、遠距離433M頻率無線電臺，傳輸距離最高可達到6KM。無線電臺可傳輸實時數(shù)據(jù)到岸基PC端的上位機軟件系統(tǒng)。數(shù)傳電臺主要用于與岸基軟件系統(tǒng)通信，上傳無人船狀態(tài)信息，接受遙控信息的功能。

所述定位模塊105可以采用GPS或北斗雙模進行定位，帶天線(GPS/北斗雙模)，通過UART與STM32進行數(shù)據(jù)通信，兼容GPS(L1)、北斗(B1)兩種定位系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)更新頻率為5Hz，定位精度3m，速度精度0.1m/s。根據(jù)定位數(shù)據(jù)，無人船可根據(jù)規(guī)劃路徑自行完成航行任務。主要用于獲取無人船的實時位置，并基于規(guī)劃導航算法，實現(xiàn)根據(jù)路徑規(guī)劃結果的自主導航功能。

所述開關電源106采用DC-DC電路、帶保護電路、電壓采樣電路，開關電源能夠在給本系統(tǒng)提供電源的同時，為外部設備提供電源接口，便于系統(tǒng)的擴展。

所述無人船控制系統(tǒng)的控制軟件平臺運行ubuntu操作系統(tǒng)，能夠大大增強功能的可擴展性。

本實施例通過姿態(tài)傳感器、數(shù)傳電臺和定位模塊，能夠便于無人船控制系統(tǒng)進行姿態(tài)檢測、數(shù)據(jù)傳輸和定位；并通過采用單獨的SMP處理器和DSC控制器，使得無人船控制系統(tǒng)高度集成、可擴展強和運算處理能力優(yōu)越，方便加載水下相機、水深測量儀、水質(zhì)檢測儀等外接傳感器設備并安裝在各種水上無人船平臺上使用，具有廣闊的應用前景。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：PWM功能接口；

所述PWM功能接口由所述控制器提供。

通過預留控制舵機和雙電機的PWM功能接口，能夠用來控制電機、舵機信號，輸出控制接口。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：CAN、RS485、RS232、UART、SPI基本通信接口；

所述CAN、部分RS232基本通訊接口由所述SMP處理器提供。

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

通過預留CAN、RS485、RS232、UART、SPI等基本通信接口，便于系統(tǒng)的擴展和二次開發(fā)，如加載水下相機、水深測量儀、水質(zhì)檢測儀等外接傳感器設備。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高級接口；

所述USB、Ethernet、HDMI、MicroSD高級接口由所述SMP處理器提供。

其中，所述Ethernet高級接口的傳輸速率可以為100M/s。

通過預留USB、Ethernet、HDMI、MicroSD等高級接口，便于系統(tǒng)的擴展，如USB接口設備、網(wǎng)絡設備、顯示設備、存儲設備；同時便于與相同接口設備掛載使用。

本實施例提供的無人船控制系統(tǒng)的硬件集成適用于無人船的硬件模塊，還預留基本和高級接口可供二次開發(fā)，軟件運行Ubuntu開源系統(tǒng)，系統(tǒng)開源，再加上系統(tǒng)還包含定位、姿態(tài)解算、控制算法便于開發(fā)使用，無人船控制系統(tǒng)是圍繞著無人船平臺來開發(fā)，為無人船提供服務。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：網(wǎng)絡攝像機；

所述網(wǎng)絡攝像機通過所述Ethernet高級接口與SMP處理器連接。

其中，所述網(wǎng)絡攝像機可以進行高清視頻采集(720P@30fps)，視頻處理(Opencv)、錄制(ffmpeg)與存儲，可以存儲到SD卡中。

通過網(wǎng)絡攝像機能夠及時獲取、處理和存儲視頻數(shù)據(jù)。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：超聲波避障模塊；

所述超聲波避障模塊與所述處理器通信連接。

其中，所述超聲波避障模塊在無人船航行過程中，可能會遇到礁石或島嶼，水上漂浮物或船只等阻礙航行的障礙物，利用超聲波的反射原理，可探知0-5m內(nèi)的障礙物，確保航線的安全性，通過對數(shù)據(jù)處理，選擇最優(yōu)路線避開航行路線上的障礙物。

通過使用超聲波避障模塊中的超聲波探測周圍障礙物的距離，并配合避障算法，達到無人船航行過程中躲避障礙物的目的。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述無人船控制系統(tǒng)還包括：開關電源；

所述開關電源分別為所述SMP處理器、所述DSC控制器、所述姿態(tài)傳感器、所述數(shù)傳電臺和所述定位模塊供電。

其中，所述開關電源采用三組開關電源(12V/3A、2×5V/3A)帶保護電路，以及電池電壓采樣電路，三組開關電源能夠在給本系統(tǒng)提供電源的同時，為外部設備提供電源接口，便于系統(tǒng)的擴展。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述SMP處理器為四核Cortex-A9的IMX6Q。

通過采用Freescale最新一代工業(yè)級I.MX6Q Cortex-A9四核處理器，頻率最高可達1.2GHz。集成了高性能GPU和VPU單元，為視頻采集與處理及其它復雜應用提供了有力保障。系統(tǒng)運行ubuntu操作系統(tǒng)，極大增強了無人船控制系統(tǒng)的可擴展性。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述DSC控制器為數(shù)字信號控制器STM32。

通過采用STM32高性能、低功耗微控制器，豐富的外設資源，能夠方便獲取大量傳感數(shù)據(jù)，I.MX6Q與STM32之間通過SPI總線進行數(shù)據(jù)通信，速度可達5Mbps，以滿足I.MX6Q和STM32高速的數(shù)據(jù)通訊需求。

進一步地，在上述實施例的基礎上，所述姿態(tài)傳感器為板載MPU9250九軸組合姿態(tài)傳感器。

通過使用MPU9250九軸組合姿態(tài)傳感器，方便采集姿態(tài)信息，包括三維加速度、角速度、磁偏角。

具體的，如圖2所示為本實施例提供的一種無人船控制系統(tǒng)，包括SMP處理器201、DSC控制器202、數(shù)傳電臺204、GPS/北斗定位模塊205、九軸姿態(tài)傳感器203、電池電量檢測電路(圖2中未示出)、開關電源206和電源輸入輸出接口，以及SPI接口、RS232接口、USART接口、I/O口(圖2中未示出)、PWM、RS485、CAN和RS232接口。通過這些預留接口，可連接的外部配件或儀器設備包括鋰電池，舵機及雙電機，USB設備，SD存儲卡，LCD顯示器，電臺天線、GPS/北斗天線，以及水下相機、水深測量儀、水質(zhì)檢測儀等。

其中，對鋰電池的電量檢測具體為：所述DSC控制器202內(nèi)部12位AD對電池電量電壓進行采集，根據(jù)電池充放電曲線可計算出電量，從而判斷無人船的剩余續(xù)航時間。

本實施例利用多核處理器的高性能，解決現(xiàn)有無人船控制系統(tǒng)處理能力差，擴展能力不足，不能運行復雜算法等問題。極大提高無人船多任務處理，復雜算法計算能力。利用微控制器的功耗低，外設功能豐富的特點，提高無人船的信息采集能力、可擴展性和續(xù)航能力。

以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者分布在不同位置?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。

應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術方案的精神和范圍。