[发明专利]基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于水下滑翔器的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置及方法。该装置以分布式CAN总线作为硬件架构，分别建立双CPU公共存储区，电源互控装置，双开关信号触发装置等；该方法通过硬件的设计以建立主从互转式控制权的基础，然后通过连续脉冲硬件扫描方法来进行CPU死机状况互判，然后进行合适的硬件重启操作。本发明利用主从互换式CPU，以可剥夺主控制权作为设计方法来预防单个中央控制器出现问题的情况，增加系统的可靠性。

技术领域

本发明涉及水下滑翔器，具体涉及一种适用于水下滑翔器的基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置及方法。

背景技术

随着海洋监测设备技术的不断发展，水下滑翔器作为一种低功耗，长续航的新型水下无人潜航器具有丰富的优点。其续航力可达数月，其续航里程可达数千公里，潜深可达数千米。该种无人潜航器在长时间的运动过程中会面临着复杂海洋环境的考验。而其中央控制系统作为整个潜航器的大脑，其正常运转的能力直接关系到整个潜航器的可靠性。

为了提高潜航器控制系统的可靠性，一方面可以通过优异的设计保证电路以及软件的可靠性，另一方面也可以通过长期的可靠性连续测试来发现设计中的问题从而解决问题。但是在面临复杂海洋环境以及长时间冷热交变等情况下，不可避免的，也可能出现控制系统死机、损坏等情况的发生。

目前，可利用看门狗电路预防死机的发生，但是该电路在程序死机后，只是机械的复位程序，使程序从头运行，这样对于连续运转的无人设备并不适合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于分布式系统主从互转式的双冗余控制装置，包括运动主控CPU和底层辅控CPU；运动主控CPU采集并储存水下滑翔器的各个传感器的参数值，同时进行运动逻辑算法，输出水下滑翔器所需的运动控制指令；底层辅控CPU对运动控制指令进行解析，输出底层运动控制指令；还包括互控电源装置；互控电源装置的信号输入至运动主控CPU和底层辅控CPU的主供电电源，控制运动主控CPU和底层辅控CPU互相转换供电电源。

其进一步的技术方案为，互控电源装置包括两个电源开关模块；运动主控CPU连接第一电源开关模块，通过第一电源开关模块控制底层辅控CPU的电源；底层辅控CPU的PE1端口连接第二电源开关模块，通过第二电源开关模块控制运动主控CPU的电源；互控电源装置的控制信号来自于运动主控CPU和底层辅控CPU，运动主控CPU和底层辅控CPU分别一一对应控制底层辅控CPU和运动主控CPU；互控电源装置具备独立的信号自锁装置，只有收到控制信号时才会动作一次。

其进一步的技术方案为，运动主控CPU和底层辅控CPU都可用STM32系列单片机；第一电源开关模块包括三极管和固态继电器；运动主控CPU的PE1端口与三极管的基极相连接；三极管的集电极连接固态继电器的输入控制端；固态继电器的输出控制端连接底层辅控CPU的电源端；第二电源开关模块的构成与第一电源开关模块的构成相同；第二电源开关模块与底层辅控CPU的连接方法，与第一电源开关模块与运动辅控CPU的连接方法相同。

其进一步的技术方案为，水下滑翔器还包括剩余浮力装置；双冗余控制装置还包括作为剩余浮力装置驱动电路的第三电源开关模块；运动主控CPU和底层辅控CPU通过第三电源开关模块控制剩余浮力装置；第三电源开关模块包括或门双信号触发装置，其两路输入信号来自运动主控CPU和底层辅控CPU，输出控制信号，控制剩余浮力装置的动作。

其进一步的技术方案为，运动主控CPU和底层辅控CPU都可用STM32系列单片机；第三电源开关模块包括或门、固态继电器以及连接端子；运动主控CPU的PB2端口和底层辅控CPU的PB2端口连接或门的两个输入端口；或门的输出端口连接固态继电器的输入控制端；固态继电器的输出控制端连接至连接端子，连接端子控制剩余浮力装置的电机。