CN105843119A - 一种水下自主无人航行器用多节点角度检测*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CAN总线的水下无人航行器用多节点角度检测***，包括中央控制中心和检测节点；所述检测节点设置在所述水下自主无人航行器上需要进行角度检测的位置，每个检测节点通过CAN总线与中央控制中心连接；所述的检测节点包括角度检测模块和节点控制器；角度检测模块用于检测获取检测轴角度信息，节点控制器用于运算处理并与中央控制中心通信。本发明节点检测实时性强、自由度高。

Description

一种水下自主无人航行器用多节点角度检测***
技术领域
本发明属于航行器角度检测技术领域，具体涉及一种水下自主无人航行器用多节点角度检测***。
背景技术
水下自主无人航行器(AUV)是一个复杂的智能化机电***，是能够在复杂的海洋环境中自主执行水下搜索、监视、侦察、猎雷、作战海洋学、通信、导航、反潜作战等任务的无人平台，目前很多水下自主无人航行器(AUV)包含有多个需要进行角度检测的执行机构，并且该执行机构的动作执行和实时状态检测完全由角度检测装置的检测精度决定，一旦角度检测装置失灵，则严重影响该执行机构的动作执行和实时状态检测，从而危及自主无人航行器(AUV)作战任务的完成，因此水下自主无人航行器(AUV)需要高可靠、实时性好且能同时进行多点检测的角度检测***。虽然市场上的角度检测装置品种繁多，但一般体积偏大、不便使用、抗干扰能力不强、传输距离有限且只能进行单点检测，而水下自主无人航行器(AUV)受内部空间的研制，需要检测的节点多、并对传输距离、抗电磁环境干扰和使用性等方面有严格的要求，很多市场上的角度检测装置都不适合。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种水下自主无人航行器用多节点角度检测***，节点检测实时性强、自由度高。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于CAN总线的水下无人航行器用多节点角度检测***，包括中央控制中心和检测节点；检测节点设置在水下自主无人航行器上需要进行角度检测的位置，每个检测节点通过CAN总线与中央控制中心连接。
的检测节点包括角度检测模块和节点控制器；角度检测模块用于检测获取检测轴角度信息，节点控制器用于运算处理并与中央控制中心通信。
角度检测模块由凸轮、检测传感器及检测电路组成；检测轴置于检测传感器正上方，凸轮套接在检测轴上；检测传感器上方设置第一检测管脚和第二检测管脚，检测轴位于第一检测管脚和第二检测管脚之间，检测轴转动时带动凸轮，凸轮转动到设定角度后，其上的凸起部分将第一检测管脚和第二检测管脚连通，通过设定凸轮上凸起部分的数量以及位置，实现对设定角度的检测。
检测电路由电源、限流电阻R9、R10、分压电阻R11、滤波电容C13和开关型三极管T4组成；第二检测管脚连接电源，第一检测管脚串联电阻R9后接在开关型三极管T4基极上，三极管T4集电极串联电阻R10后接电源，开关型三极管T4发射极接地，滤波电容C13一端接在开关型三极管T4基极上，另一端接地，分压电阻R11一端接在三极管T4基极上，另一端接地；
节点控制器由单片机处理器、光电隔离电路和CAN收发电路组成，单片机处理器数字I/O口接在开关型三极管T4集电极上；单片机处理器检测到开关型三极管T4处电平值，将该电平值通过观点隔离电路以及CAN收发电路传至CAN总线，由连接在CAN总线上的中央控制中心获得并结合历史时刻的电平值对检测轴的转动角度进行判断。
进一步地，检测传感器由两个微动开关间隔一定距离焊接于印制板上形成；两个微动开关分别为第一检测管脚和第二检测管脚，二者之间间隔不宽于凸轮上凸块的宽度，检测电路设置于印制板上。
进一步地，印制板下方通过调节立柱连接调节簧片，通过调节簧片对印制板高度进行调节，从而调节检测轴与微动开关之间的距离。
有益效果：
(1)本发明中央控制中心与各检测节点之间为CAN通信，形成分布式控制***，节点可将角度检测信息实时、可靠地传输至中央控制中心；采用CAN总线通信，使得网络内的节点个数理论上不受限制，各节点之间可以自由通信；并且中央控制中心与节点之间只要通过两根线就能连接，结构简单，传输距离可达几百米。
(2)本发明中央控制中心与各检测节点之间为一点对多点CAN通信方式，可同时检测多个检测节点的角度检测信息；
(3)本发明中央控制中心定时向各检测节点发送查询信息，便于中央控制中心实时掌握各检测节点角度检测信息。
附图说明
图1是本发明角度检测装置的组成示意图；
图2是本发明凸轮转动装置结构示意图；
图3是本发明角度检测装置的电路图；
图4是本发明节点控制器软件主程序流程图；
图5是本发明角度检测软件主程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于CAN总线的水下自主无人航行器用多节点角度检测***，该角度检测***包括中央控制中心和检测节点；中央控制中心通过CAN总线与各检测节点连接，即可利用空中对接水密接插件、水密电缆和穿舱水密接插件将各节点和中央控制中心连接到同一条CAN总线上。
检测节点可设置于需要进行角度检测的各个位置，每个检测节点和中央控制中心通过CAN总线相连，并设置有唯一的ID号，能对自身的角度信息进行检测、处理和判断；检测、处理和判断完成后将含有唯一ID号的角度信息通过CAN总线发送至中央控制中心。
如图2所示，角度检测模块由凸轮1、检测传感器3及检测电路组成；检测轴2置于检测传感器正上方，凸轮1套接在检测轴2上；检测传感器上方设置第一检测管脚和第二检测管脚，检测轴2位于第一检测管脚和第二检测管脚之间，检测轴2转动时带动凸轮1，凸轮1上的凸起部分将第一检测管脚和第二检测管脚连通；检测传感器3通过安装调节装置4安装于凸轮转动装置正下方，并且可通过专用调节簧片5来调节凸轮转动装置与检测传感器3之间的距离，提高角度检测的精度。
其中检测传感器为采用两个微动开关间隔一定距离(不能宽于凸轮上凸块的宽度)焊接于印制板上形成的装置，灵敏度高、可靠性高、检测实时、尺寸小且便于安装。
如图3所示，检测电路包括限流电阻R9、R10，分压电阻R11、滤波电容C13和开关型三极管T4；限流电阻R9、R10减小了角度检测时电路中电流，防止检测电路因电流过大而烧坏三极管，增加了检测电路的可靠度；滤波电容C13可抑制因恶劣电磁环境引起的瞬变干扰，增加额检测电路的可靠度；开关型三极管T4，增加了角度检测的实时性和灵敏度。
连接关系：检测传感器通过安装调节装置安装于凸轮转动装置正下方，检测传感器管脚2连接+5V1电源，检测传感器管脚1串联电阻R9后接在三极管T4基极上，三极管T4集电极串联电阻R10后接+5V1电源，三极管T4发射极接地PGND1，电容C13一端接在三极管T4基极上，另一端接地，R11一端接在三极管T4基极上，另一端接地，单片机处理器数字I/O口接在三极管T4集电极上。
如图4所示，为了保证中央控制中心与各检测节点通信的实时性和各检测节点工作的可靠性，中央控制中心采用CAN总线与各检测节点进行通信，并定时(如200ms)向各检测节点发送含唯一ID号的查询或动作指令信息，各检测节点验证查询或动作指令信息的唯一性和正确性后，则对接收到的信息进行判断，若为查询信息则立即将当前的角度信息反馈至中央控制中心，若为动作指令信息则执行当前指令，动作指令执行完成后将角度检测信息反馈至中央控制中心。
工作原理：如果凸轮上凸起部分未触压到检测传感器，则检测传感器管脚1和管脚2不能导通，没有电流通过限流电阻R9和分压电阻R11，即三极管T4的基极和发射极之间没有正偏压，从而不能导通，即三极管T4截止，此时单片机处理器的数字I/O(DI/O)检测到高电平+5V(90°/270°)，当单片机处理器内部运行的角度检测主程序读取该I/O口信号时，得到高电平+5V(90°/270°)；如果凸起部分触压到检测传感器，则检测传感器管脚1和管脚2导通，则有电流通过限流电阻R9和分压电阻R11，从而有一个正电压加到三极管T4的基极和发射极之间，三极管T4因为得到正偏压而导通，即三极管集电极和发射极之间导通，此时单片机处理器的数字I/O(DI/O)检测到低电平0V(180°/360°)，当单片机处理器内部运行的角度检测主程序读取该I/O口信号时，得到低电平0V(180°/360°)。该方案上具有两个凸起部分，实现了对四个角度状态(即90°/270°以及180°/360°)的实时检测，角度状态数量可根据实际需要通过设计不同的凸起部分数量实现。
角度检测软件主程序流程图如图5所示，首先初始化单片机处理器的数字I/O口(DI/O)为读状态，然后读数字I/O口电平信息，得到I/O口电平信息后延时50ms(防抖处理)后再次读数字I/O口信息，若得到I/O口电平信息与之前一致，并且若为低电平0V，则变量Arg赋值为90°/270°，否则变量Arg赋值为180°/360°；即当凸轮触压到检测传感器，则状态标志变量Flag赋值为1(装载状态)，否则变量Flag赋值为0(释放状态)；单片机处理器将角度检测信号即释放轴当前状态通过CAN总线实时传输至中央控制中心；程序延迟200ms，又读数字I/O口电平，如此反复，完成实时角度检测功能。
各检测节点与中央控制中心通过CAN总线连接，主程序每延迟200ms就执行1次角度检测，角度检测信号能实时(200ms)传送至中央控制中心。
主程序采用防抖处理(延时50ms)，可防止因恶劣电磁环境等因素影响而导致的错误检测结果，检测结果可靠读高、抗干扰能力强。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于CAN总线的水下无人航行器用多节点角度检测***，其特征在于，包括中央控制中心和检测节点；所述检测节点设置在所述水下自主无人航行器上需要进行角度检测的位置，每个检测节点通过CAN总线与中央控制中心连接；
所述的检测节点包括角度检测模块和节点控制器；角度检测模块用于检测获取检测轴角度信息，节点控制器用于运算处理并与中央控制中心通信；
所述角度检测模块由凸轮(1)、检测传感器(3)及检测电路组成；检测轴(2)置于检测传感器正上方，凸轮(1)套接在检测轴(2)上；检测传感器上方设置第一检测管脚和第二检测管脚，检测轴(2)位于第一检测管脚和第二检测管脚之间，检测轴(2)转动时带动凸轮(1)，凸轮(1)转动到设定角度后，其上的凸起部分将第一检测管脚和第二检测管脚连通，通过设定凸轮(1)上凸起部分的数量以及位置，实现对设定角度的检测；
所述检测电路由电源、限流电阻R9、R10、分压电阻R11、滤波电容C13和开关型三极管T4组成；第二检测管脚连接电源，第一检测管脚串联电阻R9后接在开关型三极管T4基极上，三极管T4集电极串联电阻R10后接电源，开关型三极管T4发射极接地，滤波电容C13一端接在开关型三极管T4基极上，另一端接地，分压电阻R11一端接在三极管T4基极上，另一端接地；
所述节点控制器由单片机处理器、光电隔离电路和CAN收发电路组成，单片机处理器数字I/O口接在开关型三极管T4集电极上；单片机处理器检测到开关型三极管T4处电平值，将该电平值通过观点隔离电路以及CAN收发电路传至CAN总线，由连接在CAN总线上的中央控制中心获得并结合历史时刻的电平值对所述检测轴(2)的转动角度进行判断。
2.如权利要求1所述的一种基于CAN总线的水下无人航行器用多节点角度检测***，其特征在于，所述检测传感器由两个微动开关间隔一定距离焊接于印制板上形成；两个微动开关分别为第一检测管脚和第二检测管脚，二者之间间隔不宽于所述凸轮(1)上凸块的宽度，所述检测电路设置于印制板上。
3.如权利要求2所述的一种基于CAN总线的水下无人航行器用多节点角度检测***，其特征在于，所述印制板下方通过调节立柱(4)连接调节簧片(5)，通过调节簧片(5)对印制板高度进行调节，从而调节检测轴(2)与微动开关之间的距离。
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