水下自主航行观测平台在现调试系统的研究.pdf

《水下自主航行观测平台在现调试系统的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第29卷第1期2010年3月海洋技术OCEANTECHNOLOGYV01．29．No．1Mar，2010水下自主航行观测平台在现调试系统的研究姜民，梁捷，刘颉，杨逍，路亚娟，吕九红(国家海洋技术中心，天津300112)摘要：利用CPLD硬件模块研发了一套能够嵌入到基于分布式控制体系的水下运动观测平台的在现调试系统。能够实现对系统内的多个节点实现在现调试和数据传输，加快了水下运动平台的研制、开发和调试进程。关键词：现场调试系统；分布式控制系统：自主水下运动平台中图分类号：P715．5文献标识码：B文章编号：1003-2029(2010)01-0012-051引言水下自

2、主航行观测平台是在“十一五”863海洋技术领域重大专项“小型自主航行观测技术”项目支持下，独立开发、设计和研制的专门应用于海洋环境调查的水下自主运动观测平台。该运动观测平台能够根据观测任务的需求，搭载所需要的观测仪器，在设定的航线上自主水下走航测量，或到达预定地点，进行定点连续测量，并能够自动上浮，自动返航。根据课题中规划的观测航行和以往水下运动观测平台调试经验，可以预见该运动观测平台会有较长的调试周期。为了能够在试验过程中及时发现、解决系统中的问题，同时又应减少或避免拆装结构体系增加损坏风险，一套能够在现场通讯与调试系统就显得尤为重要。为此，作者开发出一套基于CP

3、LD硬件体系的在现调试系统，该系统能够无障碍地嵌入到水下观测平台系统中，实现多节点的现场通讯和调试功能。以下将详细介绍该系统的软硬件设计体系。2在现调试系统首先介绍水下自主航行观测平台(以下简称AUV)硬件结构体系。如图1所示，AUV的控制系统是基于CAN总线的分布式控制体系，总线上连接多个功能执行控制节点，每个控制节点又控制多个传感器或执行机构，其标准配置由5个节点组成，分别是总控节点、采集与通讯节点、航行与姿态节点、系统监控节点、导航节点。这种分布式控制体系的优点是具有良好的扩展性和功能延伸性，可以根据应用需求添加或去除某个或多个节点，执行不同的任务功能，是AU

4、V实现低成本、小型化、模块化的首选硬件控制系统。但是，这种灵活、方便扩展的分布式控制系统却使得整个控制体系过于分散，如图1所示，如果要实现一个控制与通讯端口对系统内收稿日期：2009一ll一15基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)重大资助项目(2006AA09A312)。各个节点进行调试和通讯，一个能够同时协调和管理各个节点的控制模块是非常必要的。因此，作者开发了一套基于复杂可编程逻辑器件(简称CPLD)的硬件通讯和调试系统，实现了对AUV各个节点进行数据通讯和在现调试。2．1工作流程AUV的航行与姿态节点采用PCI04为该节点的核心控制模块，利用PCI0

5、4的USB接口直接对其调试和数据传输。而其它各节点采用菲利浦公司开发的嵌入式低功耗PY—CORE模块和ARM7模块，将利用开发的调试系统对其进行调试。调试系统的设计原则，在不影响系统的正常T作的前提下，能够对系统中节点单元进行在现调试和数据传输。为此，将调试单元设计成能够在两种模式下进行工作，一种为正常工作模式，一种为调试和数据传输模式。两种模式间通过上位机工作模式命令由调试模块自动完成切换，详细的调试单元工作流程如图2所示。AUV上电后，由甲板操作人员下达工作模式命令，如果设置为正常工作模式，调试系统将自动建立AUV通讯接口同总控单元的通讯连接。如果下达调试模式命

6、令，调试系统将会继续等待上位机下达的下一个命令。如果上位机下达调试命令，调试系统将自动解析命令，选择调试单元，并向相应的调试节点(单元)发送调试控制信号，促使选择的调试单元进入调试状态。甲板单元操作人员发送命令完成后，就可以直接利用程序下载软件，将调试程序写入到相应的调试单元中，实现在现调试功能。同时，在调试模式下，甲板单元也可以发出数据传输命令，调试系统将自动建立AUV通讯接口同需要数据传输单元间的通讯链路，使得甲板单元能够直接同每个调试单元建立通讯连接。极大地方便AUV系统的调试和检测。2．2硬件设计可编程逻辑器件可以根据应用需求，灵活地设计各种硬件功能模块，因

7、此，引入CPLD(AlteraMaxHEpml270芯片)作为在现调试与数据回放系统的核心模块，为系统的升级和扩展构建了强健的硬件体系。该系统的外围功能器件包括串13电平转换器、3．3．5v总线转换器、CPLD外围时钟和复位第1期姜民等：水下自主航行观测平台在现调试系统的研究13图l基于CAN总线的AUv控制体系图2调试系统工作流程电路等。AUV同甲板单元通过485总线进行通讯。AUV内部通过RS485一RS232转换器将485信号转换成RS232电平信号，而后再通过MAX202串口电平转换器将RS232电平转换成5v的7丌：．L电平。由于CPLD管脚是3．3V