无人水下航行器控制系统CAN转换节点设计与测试

UUV模拟水下运动物体目标特性时,需增加部分重要特征量的模拟设备,以提高其模拟目标的准确性。文章采用CAN协议芯片SJA1000与单片机为主要硬件,利用C语言编制硬件驱动程序,设计并实现了RS485(232)-CAN转换节点,构建了节点测试平台,对设计实现的节点进行了测试验证,测试表明其满足UUV控制系统CAN要求,可对非CAN网络设备接入UUV控制系统CAN网络,增强UUV模拟水下运动物体特征的准确性提供有力支持。     

无人水下航行器实时系统设计

针对集中式体系结构已不能满足无人水下航行器(UUV)越来越复杂的水下任务,设计并实现了UUV实时系统,该实时系统以分布式结构为基础,在硬件上采用CAN总线技术,减少了通信时间,提高了实时性,简化了系统,并提供了良好的扩展性;在软件设计上采用μC/OS实时操作系统,方便地实现了逻辑复杂的程序,并进一步满足了系统的实时性.仿真和实时性测试试验结果表明,该系统软、硬件设计满足程序运算、数据存储和实时性的要求,并具有较高的可靠性.     

基于无线传感网络的航道水下数据监测系统

航道水下数据采集和传输受到水下通信信道的多径干扰,导致数据监测的稳定性不好,提出一种基于无线传感器网络的航道水下数据监测系统设计方法。采用水下换能器基阵构建无线传感器网络,进行航道水下声纹数据、船舶辐射噪声数据以及海洋混响数据采集,采用局部总线技术进行监测数据的远程传输控制,采用TMS320C50 DSP芯片作为航道水下数据监测系统的核心处理芯片,进行航道水下数据的集成信息处理,监测系统的硬件设计分为无线传感器模块、数据滤波模块、中央控制模块以及总线模块,采用无线传感器网络进行数据监测系统的网络设计,实现水下航道数据流的多路复用、数据帧检测和上位机通信传输。测试结果表明,设计的数据监测系统能实现航道水下数据的准确采集和传输控制,数据稳定输出性能较好。     

基于CAN总线的水下通信系统设计

为减少水下通信系统线束的数量,同时保证水下通信系统的稳定性与可靠性,采用CAN总线作为现场总线来进行数据传输。结合水下通信系统的特点,设计了CAN总线的整体网络结构,并采用独立的CAN总线控制器SJA1000和CAN总线收发器PCA82C250设计了CAN总线的接口,编写了相应的上位机软件程序。CAN总线的引入在保证数据通信质量的同时,减少了系统的复杂程度。体现了CAN总线多主网络,抗干扰能力强,传输速率高,结构简单等方面的优势。     

UUV集群协同探测与数据融合技术研究

简述无人水下航行器(UUV)集群协同探测的原理和特点,介绍国外UUV集群协同探测技术的发展和应用现状。设计1种基于主从网络结构的UUV协同探测方案,分析3种编队队形的探测性能,讨论了探测、导航、通信一体化数据融合的方法。     

基于海浪干扰滤波器的UUV近水面深度控制

针对UUV在近水面航行过程中海浪波动对深度计测量造成较大干扰进而影响深度控制效果的问题,设计一种带有海浪干扰滤波器的UUV深度控制方法。分析UUV海试中深度控制性能,选取合适的参数设计海浪干扰滤波器并验证了其滤波效果。考虑到PID控制器参数选择难的问题,采用遗传算法对其控制参数实现在线自整定。最后将实时海浪加入到UUV深度控制系统进行仿真实验,并将仿真结果与海试数据对比,结果表明本文提出的方法可有效的抑制海浪干扰,改善UUV近水面深度控制效果,具有一定的工程实际意义。     

采用超低频电流场实现深水UUV遥控

首先分析遥控UUV的通信方式,将采用水下电流场通信和水声通信进行比较,得出采用水下电流场实现深水UUV遥控的优越性。分析水下电流场通信的原理,给出深水UUV接收遥控信号电压的表达式,总结出影响水下通信距离的关键参数。研究UUV接收信号随频率、通信距离的变化规律,最后提出增大水下电流场通信距离的方法。     

基于跨域基站UUV集群试验方法研究

本文针对水下无人系统集群协同探测与目标跟踪,提出基于水面水下跨域基站通信组网UUV集群湖上试验方案和思路。通过研制水下集群控制系统,以及UUV平台尝试加装鱼雷自导并解决加装后平台信息控制、跟踪弹道设计、低速下自导参数确定、跟踪与攻击策略等技术,实现了湖上UUV集群探测与攻击协同试验。湖上通信拉距试验、组网试验、探测与攻击协同试验表明,该方案能够满足至少三节点的集群探测与攻击试验目的,试验实施简单有效,采用的架构和方法亦可用于更多节点的UUV集群试验。     

UUV走航CTD探测的航迹规划及控制方法研究

介绍了一种航迹规划与控制方法,使得无人水下航行器(UUV)能够使用CTD测量仪完成水下探测任务。详细介绍了所研究的UUV硬件系统体系结构,同时完成UUV水平面和垂直面的航迹规划,使其在满足UUV设计要求及CTD测量特性约束条件下能够完成水下探测任务。为了实现UUV在三维空间里较好的跟踪所规划的航迹,应用自抗扰控制(ADRC)技术,分别设计了自抗扰航向控制器和纵倾控制器。所研究的航迹规划与控制方法在UUV半实物试验中得以验证。     

基于变权值令牌环模型的UUV推进系统网络研究

本文针对UUV(无人水下航行器)推进系统搭建了Modbus通信网络,实现对航行器电力推进系统的网络控制。由于标准的Modbus通信协议具有实时性较低的问题,提出了一种具有优先级的令牌环模型,通过令牌传递的方式协调各从站并行处理数据,从而大大减少了网络通信的延时。在此基础上扩展出了变权值令牌环模型,可满足应对不同工况及时修改各从站延时的需求,并能以牺牲一定的传输实时性为代价避免处理大量数据时低优先级从站数据彻底丢包的现象出现。仿真实验验证了所提出的Modbus改进模型的有效性。     

CAN总线在舰载无线通信控制管理系统中的应用

CAN是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。介绍了CAN总线的特点，并具体阐述了使用CAN总线实现舰载无线通信控制管理系统的分布式控制，通过任意一个用户终端设备可以使用任意一个信道设备；给出了CAN总线智能节点硬件电路的设计；设计中应该注意的问题；以及各智能节点间底层通信关键模块的软件流程。实验结果表明，用CAN总线实现系统的分布式控制，具有较好的实时性；系统的顽存能力得到了显著提高，系统规模更易于扩充，具有低成本性和高可靠性的优点，并且效果较为理想。CAN总线是分布式实时控制系统的理想总线，具有广阔的发展前景。     

便携式水下机器人设计

出于对近海海洋探索的目的,本文应用了上次研究[1]的水下ROV空间姿态控制系统设计了一种便携式水下机器人。该水下机器人系统硬件部分主要由电源模块、无刷电调、遥控部分以及姿态传感器模块组成,软件控制以及相关数据处理由一块ARM-M3内核的处理器完成,编译软件使用Kile。水下机器人结构采用3D打印机制作,材料选用PLA。遥控通讯采用CAN总线协议。水下机器人经过实际调试可以达到相关技术要求,下潜深度100 M,能实现简单的水下作业要求。     

基于CAN总线的船舶自动化系统研究与设计

阐述船舶自动化系统CAN总线的应用,分析船舶自动化CAN总线并与其它通信方案比较。总结CAN总线的优点和船舶自动化系统采用CAN总线的特点,并分析船舶自动化系统的组成和CAN总线的总体设计方案。详细介绍了船舶自动化CAN控制系统网络总体结构、硬件组成、电路设计和软件设计,大大地提高了船舶自动化控制系统运行的可靠、安全、稳定性,从而解决船舶自动化系统的模块可维护性和故障可诊断性等实际问题。     

基于CAN总线的水下机器人分布式控制系统

提出并实现了一种基于CAN总线的水下机器人分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,分布式控制系统可以很容易地接入功能模块而无须对现有硬件进行重新设计,具有更好的可扩展性;并且各个节点间采用数字信号通讯,具有很强的抗干扰能力。开发了基于工业控制计算机的半实物仿真系统,模拟执行机构节点和传感器的工作,接入已完成的自动驾驶仪节点和数据记录及故障检测节点,对控制系统进行实时仿真测试,测试结果验证了该分布式控制系统设计的可行性。     

无人水下航行器分布式运动控制系统设计与仿真验证

针对传统采用RS422通信的集中式管理中心任务过重、可靠性差、抗干扰能力差等缺点,设计开发一种基于CAN总线的无人水下航行器分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,该控制系统可以更容易地接入功能模块且无须对现有硬件进行重新设计,具有很好的可扩展性,并充分考虑了该航行器的安全性及可靠性问题。首先,给出分布式控制系统的构建方案,再针对核心PC104控制管理中心给出主要控制模型方法,随后通过建立空间运动方程,完成对控制系统的模型建设和控制器软硬件设计工作,并通过实验室数字仿真和半实物仿真进行验证。结果表明,该控制系统具有性能稳定、传输效率高等特点,能够满足无人水下航行器的使用要求。     

船舶航行稳性监控系统的设计

船舶航行稳性监控系统的设计,目的是为了实现集成智能船舶,达到航行稳性的自动控制。系统的设计方法是以微机控制为中心,通过压力电传感器、燃油驳油泵、淡水输送泵的自动启停控制、集成报警系统和CAN总线数据传输等组成的。控制系统主要包括硬件开发和软件逻辑设计两部分,监控系统的功能是程序设计和控制参数之间的逻辑设计来实现。船舶航行稳性监控系统的设计就是利用现代网络技术、报警监控和集成智能技术进行设计,解决船舶航行稳性问题,通过对小型船舶模拟实验进行测试,效果比较好。使船舶的航行更加智能、更加安全,具有实际参考意义。     

基于TMS320F2812的水下电磁场信号采集与处理单元设计

为了实现水下多传感器节点系统的电磁场信号采集、处理以及处理结果的长距离传输,提出了1种基于定点DSP芯片TMS320F2812的水下电磁场信号采集与处理单元设计方案,以该芯片作为单元的核心来完成信号采集与处理,并将处理结果通过CAN总线网络进行传输。文中给出了相应的硬件实现和软件设计,其中对DSP的信号处理方法与CAN接口配置做出了较为详细的介绍。基于该方案的信号采集与处理单元已经研制完成,并在系统原理样机中得到成功应用。试验结果表明,该单元在系统中工作正常、性能稳定。     

CANopen协议智能分析系统设计与实现

介绍了CANopen协议发展状况及其分析软件现状,探讨了CANopen协议智能分析系统在CAN现场总线下控制系统调试、安装等环节的重要性,并从系统硬件结构、软件逻辑设计方面给出了设计和实现的思路。另外,还介绍了在数字化机舱仿真系统中的应用实例。     

Distributed and Redundant Design of Ship Monitoring and Control Network

The world trend in ship automation is to integrate the monitoring, intelligent control and systematic management of the instruments and equipments both on bridge and in engine room. The paper presents a design scheme of the ship integrated monitoring and operating system based on two layers distributed and redundant computer network. The lower layer network is the field bus network connected mainly by CAN bus; the upper one is the PC local network in TCP/IP protocol, which consisted of a database server, monitoring and operating computers, industrial computers and a set of switches. Distributed schemes are fully applied to both software and hardware. This paper specifically describes the composition, software distribution and redundant technology of the upper local network and gives some important sample codes for the implement of the redundant and distributed design. The technologies here have been proved in the many applications and it may be applied to other industrial fields.