CN106444767A - 一种基于apm和i7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制*** - Google Patents

一种基于apm和i7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***,包括地面控制中心和船载控制中心,船载控制中心又包括供电***、通信***、自主导航***、推进动力***和方向控制***五个子***;地面控制中心和船载控制中心间的连接通过地面控制中心中的定向全向天线与通讯***这一子***中定向全向天线间的WIFI无线网络以及其与方向控制***这一子***中的遥控被控模块间的2.4G网络来实现。本发明充分利用了APM***和I7智能芯片的兼容性及I7智能芯片的运算能力和端口的兼容能力,有效实现了对无人船自主航行数据的传输、处理及存储,船载控制中心的数据存储能力可达512G,可支持8G运行内存。无人船1小时内可完成静止水面10公里往返自主航行任务。

Description

一种基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制 ***
技术领域
本发明属于计算机通信及自动化领域,特别是涉及一种基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***。
背景技术
自主导航无人船是一种新型的水上监测平台,其中以河川、湖泊、水库、海岸及港湾等水域为对象,以小型船舶为载体,集成定位导航、通讯与控制设备,可搭载多种监测传感器,以遥控/自主的工作方式完成特定的水文和水环境要素监测。由于无人船具有布置灵活、成本经济、自动测量等特点,在水文要素观测、水环境监测、水库及河道泥沙淤积量评估、水利工程选址和水下考古等方面具有广阔的应用前景。
然而,随着无人船应用领域的逐渐扩展,在满足高精度定位于导航、精确灵活的船只控制、准确的姿态控制等功能要求的同时,也对无人船船只体积、控制***能耗和专用性等方面提出更高的要求。不同传感器的集成特性要求越来越高,单位时间数据获取量的增加会给远程数据传输带来很大压力。此外,无人船相关控制算法的改性和先进控制算法的提出,都需要无人船的控制***具有较高的数据处理、分析和传输能力。当前的控制***存在***集成度、数据处理能力和传输速率等方面的功能还较弱,这就要求设计出兼容性和可扩展性更好、***集成度更高、数据处理能力更强和传输速率更快的无人船控制***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种基于APM和I7智能芯片的自主导航无人船控制***,该***通过船载控制中心和地面控制中心两个控制中心的构建和它们在不同航线区域距离间的协同作用,以及船载控制中心中的自动导航子***中APM***和I7智能芯片间良好的兼容性和I7智能芯片的运算能力和端口的兼容能力,有效提高无人航线数据的数据处理能力和传输速率,并提高无人船完成制定航线任务的效率。
为达到上述目的,本发明采取的技术方案是构建一种基于APM和I7智能芯片的自主导航无人船控制***,该***包括地面控制中心和船载控制中心两个控制中心,其中,地面控制中心由定向全向天线、遥控器控制端、I7智能芯片和移动电池构成;船载控制中心包括有供电***、自动导航子***、推进动力***、方向控制***和通信***等五个子***;
所述通信***包括路由器和定向全向天线,二者之间通过天线线缆进行连接;路由器通过电线与所述供电***进行连接;定向全向天线通过无线WIFI与所述地面控制中心中的定向全向天线进行连接;
所述自动导航子***包括GPS罗盘、I7智能芯片和APM***,GPS罗盘与I7智能芯片间通过串口数据线及模块连接,I7智能芯片通过电线与供电***连接,并通过无线数传与APM***进行连接,也通过RJ45网线与通讯***中的路由器连接;
所述推进动力***包括电调、发动机和船用电池;电调通过电线分别与发动机和船用电池连接,并通过数控线与所述自动导航子***中的APM***进行连接;
所述方向控制***包括舵机和遥控被控模块,二者都通过数控线与所述自动导航子***中的APM***进行连接;遥控被控模块通过2.4G无线网络与所述地面控制中心中的定向全向天线进行连接。
本发明效果是:
(1)船载控制中心中的APM***和I7智能芯片的结合具有很好的兼容性,该复合***充分利用了I7智能芯片的运算能力和端口的兼容能力,可有效实现对APM处理***的数据处理。在该复合***运行下,无人船控制***的数据存储能力可达512G,同时可支持8G运行内存。
(2)本发明的无人船控制***中所设置地面控制中心和船载控制中心两个控制中心在无人船航行过程中,依据航行区域距离协同配合地对无人船航线数据进行传输、处理和储存,这种协同配合作用提高了无人船航线数据的传输速率,航行过程中,预设航点的数据处理速度可达1MB/S。同时,无人船航线数据传输和处理速度的提高,也提高了无人船完成制定航线任务的效率,无人船1小时内可完成静止水面10公里往返自主航行任务。
附图说明
图1本发明的基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***的构成图。
图中:1、地面控制中心;2、船载控制中心;3、定向全向天线;4、遥控器控制端;5、I7智能芯片;6、移动电池;7、供电***;8、自动导航子***;9、推进动力***;10、方向控制***;11、通信***;12、路由器;13、定向全向天线;14、GPS罗盘;15、I7智能芯片;16、APM***;17、电调;18、发动机;19、船用电池;20、舵机;21、遥控被控模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明的基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***的设计构建思想是,该***针对现有无人船控制***在数据处理能力和传输速率方面存在的不足,构建了地面控制中心1和船载控制中心2两个控制中心。在船载控制中心2的自动导航子***8中充分利用APM***16和I7智能芯片15间良好的兼容性及I7智能芯片15的运算能力和端口兼容能力,有效提高APM***16的数据处理能力。该***所设置的地面控制中心1和船载控制中心2两个控制中心通过2.4G无线网络和WIFI无线网络两个无线通讯网络进行连接,在无人船航行过程中,依据无人船航行区域距离分别对航点和航线数据进行传输和处理,通过两个控制中心的协同配合使用,提高无人船航线数据的传输速率,进而提高无人船完成制定航线任务的效率。依据附图对本发明所提供了基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***控制下的无人船的自主导航过程以及航线数据传输过程说明如下:
在无人船开始航行前,首先在船载控制中心中的自动导航子***8中的I7智能芯片15上设置航线和航点信息,预设完毕后,开启推进动力***9中船用电池19的开关,并通过电调17给发动机18提供动力,无人船开始航行。在无人船航行过程中,无人船的航线和位置信息通过自动导航子***8中的GPS罗盘14进行收集,并通过串口数据线及模块将收集的信息传输给I7智能芯片15,在I7智能芯片15中将所收集的信息与航行前预设的航线和航点信息进行对比分析,分析结果通过无线数传传输给APM***16,也通过RJ45网线传输至通讯***11中的路由器12,再经由天线线缆传输给定向全向天线13后,通过无线WIFI网络传输给地面控制中心1中的定向全向天线3,并通过天线线缆传输给I7智能芯片5。
在船载控制中心2中,当自动导航子***8中的I7智能芯片15对所收集的信息的分析结果显示无人船航线和航点信息与I7智能芯片15预设的航点和航线信息一致时,无人船继续向前航行;当自动导航子***8中的I7智能芯片15对所收集的信息的分析结果显示无人船航线和航点信息与I7智能芯片15设定的航线和航点信息出现偏差时,APM***16会依据分析结果,通过数控线打开方向控制***10中舵机20的开关,对无人船航行方向进行调整,使无人船航行方向回到自动导航子***8中的I7智能芯片15所设置的航线和航点上。
在地面控制中心1中,I7智能芯片5会依据自动导航子***8中的I7智能芯片15经由路由器12、定向全向天线13和定向全向天线3所传输的对比分析结果进行处理和分析。同样当自动导航子***中8的I7智能芯片15对所收集的信息的分析结果显示无人船航线信息与I7智能芯片15设定的航线和航点信息一致时,无人船继续向前航行;当自动导航子***8中的I7智能芯片15对所收集的信息的分析结果显示无人船航行方向和位置与I7智能芯片15所设定的航线和航点信息出现偏差时,I7智能芯片5会对航线会对航线信息进行调整,并在遥控器控制端4进行操作,操作指令传输至全向定向天线3后,通过2.4G无线网络传输至船载控制中心2中方向控制***10中的遥控被控模块21,而后通过数控线传输至APM***16,APM***16再通过数控线打开方向控制***10中舵机20的开关,对无人船航行方向和位置进行调整,使无人船航行方向和位置回到自动导航子***8中的I7智能芯片15所预设的航线和航点上。
本发明的定向全向天线3采用(品牌:魏桥通信,型号:2400D300);遥控器控制端4采用(品牌:天地飞,型号:WFT06X-A);I7智能芯片5和15采用(PCM3-QM77);移动电池6采用(品牌:快乐易电,型号:Z80000);路由器12采用(品牌:AFOUNDRY,型号:EW500);定向全向天线13采用(品牌:LAFALINK,型号:LF-ANT2412);GPS罗盘14采用(U-BLOX NEO-M8N);APM***16采用(ArduPilotMega控制器(2.8版本));电调17采用(品牌:酷跑QuicRun,型号:WP-1060ESC);发动机18采用(品牌:HASWING,型号:Osapian 40lbs);船用电池19采用(品牌:SaiL/风帆,型号:6-QW-105);舵机20采用(品牌:KKPI型号:1373);遥控被控模块21采用(品牌:天地飞,型号:WFR07S 2.4G)。
在无人船航行过程中,当无人船航行区域距离在400m范围以外时,通过船载控制中心2实现无人船航线和航点信息的收集、传输和调整工作;当无人船航行区域距离在400m范围内时,地面控制中心1辅助船载控制中心2对无人船航线和航点信息进行收集、传输和调整;如此,通过地面控制中心1和船载控制中心2两个控制中心间的协同配合作用,提高控制***对无人船航线和航点数据的收集、分析和处理效率,进而提高无人船完成制定航线任务的效率。
实施例1
在长、宽、高分别为3300mm、850mm和420mm的船体中安装本申请所发明的无人船控制***。无人船装置完毕后,在天津团泊湖对其自主航行性能和数据传输速率进行了测试。无人船航行前,在船载控制中心设置的航线区域为10公里,航点数量为20个。地面控制中心通过遥控控制终端辅助船载控制中心对无人船航线和航点位置进行调整和控制。测试结果发现,在无人船航行过程中,无人船航线和航点的数据传输速率达到1MB/S,在50分钟就完成了制定的航线任务。
综上所述,本发明的内容并不局限在上述的实施例中,相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例,但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种基于APM和I7智能芯片的联动组合自主导航无人船控制***,其特征在于,包括地面控制中心(1)和船载控制中心(2)两个控制中心;地面控制中心由定向全向天线(3)、遥控器控制端(4)、I7智能芯片(5)和移动电池(6)构成;船载控制中心(2)包括有供电***(7)、自动导航子***(8)、推进动力***(9)、方向控制***(10)和通信***(11)五个子***;
通信***(11)包括路由器(12)和定向全向天线(13),二者之间通过天线线缆进行连接;路由器(12)通过电线与供电***(7)进行连接;定向全向天线(13)通过无线WIFI与地面控制中心(1)中的定向全向天线(3)进行连接;
自动导航子***(8)包括GPS罗盘(14)、I7智能芯片(15)和APM***(16),GPS罗盘(14)与I7智能芯片(15)间通过串口数据线及模块连接,I7智能芯片(15)通过电线与供电***(3)连接,并通过无线数传与APM***进行(16)连接,也通过RJ45网线与通讯***(11)中的路由器(12)连接;
推进动力***包括电调(17)、发动机(18)和船用电池(19);电调(17)通过电线分别与发动机(18)和船用电池(19)连接,并通过数控线与自动导航子***(8)中的APM***(16)进行连接;
方向控制***(10)包括舵机(20)和遥控被控模块(21),二者都通过数控线与自动导航子***(8)中的APM***(16)进行连接;遥控被控模块(21)通过2.4G无线网络与所述地面控制中心(1)中的定向全向天线(3)进行连接。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107145145A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 华中科技大学 一种双控自主无人船
CN107229276A (zh) * 2017-05-27 2017-10-03 浙江大学 基于ARM Cortex‑M7处理器的智能无人船平台及其控制方法
CN110471416A (zh) * 2019-08-20 2019-11-19 天津大学 基于rtk高精度定位的无人船控制***
CN111949034A (zh) * 2020-08-21 2020-11-17 闽江学院 一种无人船自主航行***
CN113207154A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 上海海事大学 海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法
WO2023226485A1 (zh) * 2022-05-26 2023-11-30 江苏科技大学 一种无人船自主航行控制***

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5450344A (en) * 1994-04-22 1995-09-12 Trimble Navigation Limited GPS receivers with data ports for the uploading and downloading of absolute position information
JPH09304506A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gps受信機を用いた救助システム
CN102707718A (zh) * 2011-03-18 2012-10-03 雷蒙德股份有限公司 自动制导***控制工业车辆的通信方法
CN104898690A (zh) * 2015-04-07 2015-09-09 中南大学 基于apm平台的旋翼无人机自主续航实现方法
CN104954267A (zh) * 2015-04-29 2015-09-30 无锡市崇安区科技创业服务中心 一种智能电控式定向无线路由器
CN204989490U (zh) * 2015-06-09 2016-01-20 邓嘉焕 一种基于gps与超声波的小型无人机室内外无缝集成定位***
CN205050404U (zh) * 2015-12-22 2016-02-24 滨州学院 一种基于航空模型的飞行模拟训练***
CN105549497A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 暨南大学 支持pc控制的多旋翼无人飞行器控制***
CN205375790U (zh) * 2016-01-04 2016-07-06 武汉理工大学 一种无人船用自组织通信***
CN105959627A (zh) * 2016-05-11 2016-09-21 徐洪恩 一种自动无线充电式人工智能无人机
CN205610950U (zh) * 2016-05-12 2016-09-28 天津博朗格科技有限公司 一种基于Thread的无线网关
CN205620814U (zh) * 2016-05-12 2016-10-05 四方继保(武汉)软件有限公司 基于微型卫星的无人船集群作业***

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5450344A (en) * 1994-04-22 1995-09-12 Trimble Navigation Limited GPS receivers with data ports for the uploading and downloading of absolute position information
JPH09304506A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gps受信機を用いた救助システム
CN102707718A (zh) * 2011-03-18 2012-10-03 雷蒙德股份有限公司 自动制导***控制工业车辆的通信方法
CN104898690A (zh) * 2015-04-07 2015-09-09 中南大学 基于apm平台的旋翼无人机自主续航实现方法
CN104954267A (zh) * 2015-04-29 2015-09-30 无锡市崇安区科技创业服务中心 一种智能电控式定向无线路由器
CN204989490U (zh) * 2015-06-09 2016-01-20 邓嘉焕 一种基于gps与超声波的小型无人机室内外无缝集成定位***
CN205050404U (zh) * 2015-12-22 2016-02-24 滨州学院 一种基于航空模型的飞行模拟训练***
CN205375790U (zh) * 2016-01-04 2016-07-06 武汉理工大学 一种无人船用自组织通信***
CN105549497A (zh) * 2016-02-26 2016-05-04 暨南大学 支持pc控制的多旋翼无人飞行器控制***
CN105959627A (zh) * 2016-05-11 2016-09-21 徐洪恩 一种自动无线充电式人工智能无人机
CN205610950U (zh) * 2016-05-12 2016-09-28 天津博朗格科技有限公司 一种基于Thread的无线网关
CN205620814U (zh) * 2016-05-12 2016-10-05 四方继保(武汉)软件有限公司 基于微型卫星的无人船集群作业***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张霄等: "强干扰环境下的自主导航与控制新技术", 《自动化博览》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107145145A (zh) * 2017-04-21 2017-09-08 华中科技大学 一种双控自主无人船
CN107145145B (zh) * 2017-04-21 2018-05-11 华中科技大学 一种双控自主无人船
CN107229276A (zh) * 2017-05-27 2017-10-03 浙江大学 基于ARM Cortex‑M7处理器的智能无人船平台及其控制方法
CN110471416A (zh) * 2019-08-20 2019-11-19 天津大学 基于rtk高精度定位的无人船控制***
CN111949034A (zh) * 2020-08-21 2020-11-17 闽江学院 一种无人船自主航行***
CN113207154A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 上海海事大学 海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法
CN113207154B (zh) * 2021-04-30 2023-07-25 上海海事大学 海洋互联网的多岸基基站切换及其与移动船舶建立通信的方法
WO2023226485A1 (zh) * 2022-05-26 2023-11-30 江苏科技大学 一种无人船自主航行控制***

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