水下机器人通信系统的CAN总线冗余设计.pdf

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1、水下机器人通信系统的CAN总线冗余设计邱小军，等水下机器人通信系统的CAN总线冗余设计CANBusRedundancyDesignofRemotelyOperatedVehicIeCommunicationSystem邱J穹1纠涮1(上海交通大学电子信息与电气工程学院1，上海关起2李建助1够影2200240；上海交通大学水下工程研究所2，上海200240)摘要：为提高系统在复杂环境下的稳定性和可靠性，对水下机器人(ROV)通信系统进行了研究。设计了通信扩展板，并采用一种全新的基于双cAN总线冗余策略的方法，实现系统各部分之间的通信。通信

2、板卡选用ARM作为微处理器，并通过PC／104总线与主板进行数据传输，同时采用复杂可编程逻辑器件(cPLD)实现双cAN总线冗余策略和总线接口之间的时序逻辑转化。试验结果表明，双cAN总线冗余设计有效地提高了通信系统的可靠性。关键词：ARMcAN总线通信系统cPLD冗余技术中图分类号：唧36文献标志码：AAbstract：InordertoincreasethestabilityandreliabilityoftIlesystemincomplexenvironment，thecommunication8ystemofremotelyo

3、pemtedvehicle(ROV)isresearched．Communicationexpansionboardisdesigned-andthenewredundancymetIlodbasedondualCANbusisadoptedtoimplementthecommunicationamongeachpartoft11ecommunicationsystem．Thecommunica矗onboardadoptsARMasmicrocontIoller，andPC／104busisusedto昀nsmitdatatothema

4、inboard．Thecomplexprogmmmablelogicdevice(CPLD)isusedtorealizethe吼nsf0硼ationofsequentiallogicbetweendualCANbusredundancystmtegyandbusinterface．ExperimentalresultsshowthatdualCANbusredundancydesignincreasesthereliabilltyofcommunicationsystemeflbctiVely．Keywords：ARMCANbusCo

5、mmunicationsystemCPLDRedundanoytechnologyO引言水下机器人(remotely叩eratedvehicle，ROV)不仅广泛应用于海底资源探测等科学研究领域，而且在工业和军用领域也有广阔的应用前景。由于海洋环境复杂多变，且水下机器人的六自由度运动方程具有很强的耦合性和非线性特征，所以ROV对通信系统的可靠性和稳定性有很高的要求。通信系统故障有可能会导致ROV丢失，所以通信系统的可靠性设计是一个非常关键的问题¨。。cAN总线因具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力好、成本低、检错能力强等优点，在现

6、场总线中应用广泛。目前，基于CAN总线的ROV控制系统设计方面已经有·些研究旧“1，但这些研究主要采用单CAN总线进行通信。这种通信方法的缺点是当国家自然科学基金资助项目(编号：61175008、60935001)；国家重点基础研究发展规划“973”基金资助项目(编号：20D9CB824900、2010CB734103)；航天基金资助项目(编号：20ll-}IT·SmD002、20105557007)。修改稿收到日期：20ll一10一25。第一作者邱小军(1987一)，男，现为上海交通大学控制工程专业在读硕士研究生；主要从事嵌入式系统方

7、面的研究。《自动化仪表》第33卷第11期2012年11月CAN总线出现故障时，整个控制系统将无法运行。因此，针对单cAN总线在冗余性方面的不足，设计了ROV通信系统的通信扩展板，并采用了双cAN总线冗余技术。该设计的优点在于当通信系统出现cAN总线故障时，可以实现总线的自动切换，从而提高系统的可靠性。1系统总体设计典型的ROV控制系统框图如图1所示∞1。图1ROV控制系统框图Fig．1BlockdiagramofROVcontrolsystem为保证ROV控制系统各单元之间通信的稳定性和可靠性，通信扩展板在硬件设计上采用了类似主板的设计

8、方法，即使用了微处理器。这种设计有利于ROV数据的传输，能够简化主板数据传输任务的负担；同时，采用PC／104总线与主板进行通信。Pc／104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。本23水下机器人通信