CN112600651A - 一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法，应用于无人驾驶通信技术领域，包括：存储和转发模块，第一通信模块，与所述存储和转发模块的第一串口通信接口连接，第二通信模块，与所述存储和转发模块的第二串口通信接口连接，第三通信模块，与所述存储和转发模块的第三串口通信接口连接。本发明本发明低成本、方便使用的数据存储和通信链路扩展模块，简化数据存储和通信链路扩展。

Description

一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶通信技术领域，更具体的说，涉及一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法。

背景技术

无人船和无人机实现自动驾驶时，需要在无人船(无人机)载自动驾驶设备和地面监控站之间建立可靠的通信链路，由自动驾驶仪定时向地面监控站发送无人船(机)的航行状态信息，并由地面监控站向自动驾驶仪发送控制命令和规划航线，使得无人船(无人机)按照地面监控站给出的命令和航线进行航行。即使在未来发展的自主航行***中，虽然无人船(无人机)的自动驾驶设备可以根据预先设定的任务和周围环境进行自主的决策和航行路线设定，但也需要与地面监控站建立可靠的通信链路，进行任务数据的传输。

目前，在自动驾驶设备和地面监控站之间的通信链路最常见的是采用开放频段的数传电台。其优点是使用免费，且其通信距离能够满足一般的区域作业。在一些远距离航行(飞行)任务中，可以采用4G电台或者北斗短报文等通信链路。这些通信链路的特点是通信距离远，但是有使用费用。

通常情况下，自驾仪连接数传电台可以达到可靠的通信连接。但考虑到通信距离、设备周围环境对通信的影响，以及单独的数传电台的通信可靠性，单通信链路的通信有可能发生通信断续或中断。因此，在要求高可靠性通信的情况下，需要对通信链路做冗余处理。一般冗余处理的方式是在自驾仪和地面站端增加通信链路，如4G通信链路、北斗短报文链路等。

现有数据存储和链路冗余方法主要存在以下问题：

在自驾仪和地面站软件内部实现数据存储和增加通信冗余时都需要增加实现代码，增加了软件的复杂度，且容易造成软件的异常；外部增加存储设备和冗余通信设备时，也会占用自驾仪和地面站的硬件资源；外部同时增加串口存储设备和冗余通信模块时接线不够简洁。

因此，提供一种低成本、方便使用的数据存储和通信链路扩展模块，简化数据存储和通信链路扩展的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，包括：

存储和转发模块，用于存储和转发所接收的数据；

第一通信模块，与所述存储和转发模块的第一串口通信接口连接，用于发送无人驾驶设备的行驶状态数据、接收控制命令和行驶路线数据；

第二通信模块，与所述存储和转发模块的第二串口通信接口连接，用于接收所述行驶状态数据、发送所述控制命令和所述行驶路线数据；

第三通信模块，与所述存储和转发模块的第三串口通信接口连接，用于实现所述存储和转发模块的链路冗余。

优选的，所述存储和转发模块包括：微控制单元和数据存储单元；

所述微控制单元，用于接收所述行驶状态数据和发送控制命令和行驶路线数据，并将接收到的所述行驶状态数据存储于所述数据存储单元。

优选的，所述微控制单元设置有：微控制单元第一串口通信接口、微控制单元第二串口通信接口和微控制单元第三串口通信接口。

优选的，所述第一通信模块设置有：第一通信模块发送端、第一通信模块接收端和第一通信模块接地端；

所述第二通信模块设置有：第二通信模块发送端、第二通信模块接收端和第二通信模块接地端；

所述第三通信模块设置有：第三通信模块发送端、第三通信模块接收端和第三通信模块接地端；

所述存储和转发设备模块的第一串口通信接口、第二串口通信接口和第三串口通信接口均设置有接收端、发送端和接地端。

优选的，所述微控制单元第一串口通信接口通过所述存储和转发模块的第一串口通信接口的接收端连接所述第一通信模块发送端；所述微控制单元第一串口通信接口通过所述存储和转发模块的第二串口通信接口的发送端连接所述第二通信模块接收端；

所述微控制单元第二串口通信接口通过所述存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端连接所述第一通信模块接收端；所述微控制单元第二串口通信接口通过所述存储和转发模块的第二串口通信接口的接收端连接所述第二通信模块发送端；

所述微控制单元第三串口通信接口通过所述存储和转发模块的第三串口通信接口连接所述第三通信模块。

优选的，所述微控制单元第二串口通信接口设置有：微控制单元第二串口通信接口接收端和微控制单元第二串口通信接口发送端。

优选的，所述微控制单元第二串口通信接口与所述存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端之间连接有切换开关，所述微控制单元第二串口通信接口接收端与所述切换开关的常闭引脚连接，所述微控制单元第二串口通信接口发送端与所述切换开关的常开引脚连接。

优选的，所述第三通信模块为4G通信和北斗通信的一种或多种。

一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储方法，包括如下步骤：

S1、配置设备参数，用于实现设备存储通信数据和辨别通信数据；

S2、微控制单元第一串口通信接口通信判断，若接收到第一通信模块发送的数据，则进入步骤S3；否则进入步骤S4；

S3、微控制单元将接收到的数据通过微控制单元第三串口通信接口通过第三通信模块进行转发，并将数据增加时标后存储至数据存储单元；

S4、微控制单元第二串口通信接口通信判断，若接收到第二通信模块发送的数据，则进入步骤S5；否则进入步骤S6；

S5、微控制单元将接收到的数据增加时标后存储至数据存储单元；

S6、微控制单元第三串口通信接口通信判断，若接收到第三通信模块发送的数据，则进入步骤S7；否则进入步骤S2；

S7、确认微控制单元第二串口通信接口和微控制单元第三串口通信接口的数据接收结果；

S8、若微控制单元第三串口通信接口接收到数据，而微控制单元第二串口通信接口未接收到数据，则进入步骤S9；否则进入步骤S2；

S9、微控制单元控制切换开关，将微控制单元第三串口通信接口接收到的数据发送至第一通信模块，同时存储数据至数据存储单元，并发出通信通道切换指示；

S10、切换开关复位，依第二通信模块为主通信对象。

优选的，在步骤S1中，配置的参数包括通信波特率、数据的起始标志、数据的结束标识、数据的长度位和数据的校验位的一种或多种。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备及方法，本发明低成本、方便使用的数据存储和通信链路扩展模块，简化数据存储和通信链路扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备整体结构示意图；

图2为本发明存储和转发模块结构示意图；

图3为本发明无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备连线图；

图4为本发明存储和转发模块结构内部结构图；

图5为本发明无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照附图1所示，本实施例公开了一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，包括：

存储和转发模块，用于存储和转发所接收的数据；

第一通信模块，与存储和转发模块的第一串口通信接口连接，用于发送无人驾驶设备的行驶状态数据、接收控制命令和行驶路线数据；

第二通信模块，与存储和转发模块的第二串口通信接口连接，用于接收行驶状态数据、发送控制命令和行驶路线数据；

第三通信模块，与存储和转发模块的第三串口通信接口连接，用于实现存储和转发模块的链路冗余。

在一个具体实施例中，参照附图2所示，公开了存储和转发模块包括：微控制单元和数据存储单元；

微控制单元，用于接收行驶状态数据和发送控制命令和行驶路线数据，并将接收到的行驶状态数据存储于所述数据存储单元。

在一个具体实施例中，参照附图3所示公开了微控制单元设置有：微控制单元第一串口通信接口、微控制单元第二串口通信接口和微控制单元第三串口通信接口。

在一个具体实施例中，参照附图3所示公开了：

第一通信模块设置有：第一通信模块发送端、第一通信模块接收端和第一通信模块接地端；

第二通信模块设置有：第二通信模块发送端、第二通信模块接收端和第二通信模块接地端；

第三通信模块设置有：第三通信模块发送端、第三通信模块接收端和第三通信模块接地端；

存储和转发设备模块的第一串口通信接口、第二串口通信接口和第三串口通信接口均设置有接收端、发送端和接地端。

在一个具体实施例中，参照附图4所示，公开了微控制单元第一串口通信接口通过存储和转发模块的第一串口通信接口的接收端连接第一通信模块发送端；微控制单元第一串口通信接口通过存储和转发模块的第二串口通信接口的发送端连接第二通信模块接收端；

微控制单元第二串口通信接口通过存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端连接第一通信模块接收端；微控制单元第二串口通信接口通过存储和转发模块的第二串口通信接口的接收端连接第二通信模块发送端；

微控制单元第三串口通信接口通过存储和转发模块的第三串口通信接口连接第三通信模块。

在一个具体实施例中，微控制单元第二串口通信接口设置有：微控制单元第二串口通信接口接收端和微控制单元第二串口通信接口发送端。

在一个具体实施例中，微控制单元第二串口通信接口与存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端之间连接有切换开关，微控制单元第二串口通信接口接收端与切换开关的常闭引脚连接，微控制单元第二串口通信接口发送端与切换开关的常开引脚连接。

在另一个具体实施例中，第一通信模块为自驾仪或地面站，第二通信模块为接电台，第三通信模块为4G通信、北斗通信等其他通信模式。

以安装在自驾仪侧为例，参照附图4所示，

设备内部包括微控制器(如单片机)，该控制器包含有3个串行通信接口，分别如图所示连接(接线示意图中省略了电平转换芯片)。其中串口1 (UART1)的RX接自驾仪的发送端，用于存储自驾仪向电台发送的数据；串口2(UART2)的RX接电台的发送端，用于存储数传电台发送给自驾仪的数据。这两个串口接收的数据会保存在存储模块中，实现实时的通信数据存储。

同时，MCU的串口2的发送端(TX)接到切换开关的常开(NO)引脚，数传电台的发送端接切换开关的常闭(NC)引脚，自驾仪的接收端接切换开关的公共端(COM)，可以通过MCU控制切换开关动作，选择是将数传电台接收到的数据传给自驾仪，还是将4G模块接收到的数据传给自驾仪。正常情况下，切换开关处于常闭状态，即默认数传电台的数据是有效通信数据。当数传电台长期未接收到数据，而4G模块能接收到通信数据时，认为数传电台通信异常，可以控制切换开关使得4G模块的数据传给自驾仪。

在正常使用该设备之前，需要对其进行参数配置，使得设备能够存储通信数据，并能够辨别正常的通信报文。配置的参数包括：通信波特率、报文的起始标志、结束标志、报文长度位、报文校验位灯等信息。在确定上述信息后，此模块可以正常接收自驾仪和数传电台之间的通信数据，并且可以识别出报文，从而可以有效的对报文进行对比和转发。

实施例2

参照附图5所示，本实施例公开了一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储方法，包括如下步骤：

S1、配置设备参数，用于实现设备存储通信数据和辨别通信数据；

S2、微控制单元第一串口通信接口UART1_RX通信判断，若接收到第一通信模块发送的数据RX1，则进入步骤S3；否则进入步骤S4；

S3、微控制单元将接收到的数据通过微控制单元第三串口通信接口UART3_RX通过第三通信模块进行转发，并将数据增加时标后存储至数据存储单元；

S4、微控制单元第二串口通信接口UART2_RX通信判断，若接收到第二通信模块发送的数据RX2，则进入步骤S5；否则进入步骤S6；

S5、微控制单元将接收到的数据增加时标后存储至数据存储单元；

S6、微控制单元第三串口通信接口UART3_RX通信判断，若接收到第三通信模块发送的数据RX3，则进入步骤S7；否则进入步骤S2；

S7、确认微控制单元第二串口通信接口UART2_RX和微控制单元第三串口通信接口UART3_RX的数据接收结果；

S8、若微控制单元第三串口通信接口UART3_RX接收到数据RX3，而微控制单元第二串口通信接口UART2_RX未接收到数据，则进入步骤S9；否则进入步骤S2；

S9、微控制单元控制切换开关，将微控制单元第三串口通信接口 UART3_RX接收到的数据RX3发送至第一通信模块，同时存储数据至数据存储单元，并发出通信通道切换指示；

S10、切换开关复位，依第二通信模块为主通信对象。

在一个具体实施例中，在步骤S1中，配置的参数包括通信波特率、数据的起始标志、数据的结束标识、数据的长度位和数据的校验位的一种或多种。

在一个具体实施例中，微控制单元控制切换开关动作，选择是将第二通信模块接收到的数据传给第一通信模块，还是将第三通信模块接收到的数据传给第一通信模块。正常情况下，切换开关处于常闭状态，即默认第二通信模块的数据是有效通信数据。当第二通信模块长期未接收到数据，而第三通信模块能接收到通信数据时，认为第二通信模块通信异常，可以控制切换开关使得4G模块的数据传给自驾仪。

在一个具体实施例中，步骤S7的具体内容为：

“判断在一定时间范围内微控制单元第三串口通信接口UART3_RX收到的数据是否在微控制单元第二串口通信接口UART2_RX也收到了”这部分的判断方法如下：

第二通信模块(即接在微控制单元第二串口通信接口UART2_RX的通信模块)接收数据的频率是否大于设定阈值(其中阈值可以设定，本说明设置为每秒钟1条数据)；

如果频率大于阈值，则认为第二通信模块通信可靠，不对第三通信模块 (即接在微控制单元第三串口通信接口UART3_RX上的模块)接收的数据进行处理，只使用第二通信模块的通信数据；

如果频率小于阈值，且在超出时间阈值(根据频率阈值计算的时间阈值，此处采用的频率阈值为每秒钟1条数据，即周期为1秒，则时间阈值可以设置为2倍周期，即2秒)范围第二通信模块没有收到数据但第三通信模块收到了新数据且数据有效，则认为第二通信模块数据丢失，即：在一定时间范围内微控制单元第三串口通信接口UART3_RX收到的数据，微控制单元第二串口通信接口UART2_RX没有收到。

对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，包括：

存储和转发模块，用于存储和转发所接收的数据；

第一通信模块，与所述存储和转发模块的第一串口通信接口连接，用于发送无人驾驶设备的行驶状态数据、接收控制命令和行驶路线数据；

第二通信模块，与所述存储和转发模块的第二串口通信接口连接，用于接收所述行驶状态数据、发送所述控制命令和所述行驶路线数据；

第三通信模块，与所述存储和转发模块的第三串口通信接口连接，用于实现所述存储和转发模块的链路冗余。

2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述存储和转发模块包括：微控制单元和数据存储单元；

所述微控制单元，用于接收所述行驶状态数据和发送控制命令和行驶路线数据，并将接收到的所述行驶状态数据存储于所述数据存储单元。

3.根据权利要求2所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述微控制单元设置有：微控制单元第一串口通信接口、微控制单元第二串口通信接口和微控制单元第三串口通信接口。

4.根据权利要求3所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述第一通信模块设置有：第一通信模块发送端、第一通信模块接收端和第一通信模块接地端；

所述第二通信模块设置有：第二通信模块发送端、第二通信模块接收端和第二通信模块接地端；

所述第三通信模块设置有：第三通信模块发送端、第三通信模块接收端和第三通信模块接地端；

所述存储和转发设备模块的第一串口通信接口、第二串口通信接口和第三串口通信接口均设置有接收端、发送端和接地端。

5.根据权利要求4所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述微控制单元第一串口通信接口通过所述存储和转发模块的第一串口通信接口的接收端连接所述第一通信模块发送端；所述微控制单元第一串口通信接口通过所述存储和转发模块的第二串口通信接口的发送端连接所述第二通信模块接收端；

所述微控制单元第二串口通信接口通过所述存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端连接所述第一通信模块接收端；所述微控制单元第二串口通信接口通过所述存储和转发模块的第二串口通信接口的接收端连接所述第二通信模块发送端；

所述微控制单元第三串口通信接口通过所述存储和转发模块的第三串口通信接口连接所述第三通信模块。

6.根据权利要求5所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述微控制单元第二串口通信接口设置有：微控制单元第二串口通信接口接收端和微控制单元第二串口通信接口发送端。

7.根据权利要求5所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述微控制单元第二串口通信接口与所述存储和转发模块的第一串口通信接口的发送端之间连接有切换开关，所述微控制单元第二串口通信接口接收端与所述切换开关的常闭引脚连接，所述微控制单元第二串口通信接口发送端与所述切换开关的常开引脚连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储设备，其特征在于，

所述第三通信模块为4G通信和北斗通信的一种或多种。

9.一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、配置设备参数，用于实现设备存储通信数据和辨别通信数据；

S2、微控制单元第一串口通信接口通信判断，若接收到第一通信模块发送的数据，则进入步骤S3；否则进入步骤S4；

S3、微控制单元将接收到的数据通过微控制单元第三串口通信接口通过第三通信模块进行转发，并将数据增加时标后存储至数据存储单元；

S4、微控制单元第二串口通信接口通信判断，若接收到第二通信模块发送的数据，则进入步骤S5；否则进入步骤S6；

S5、微控制单元将接收到的数据增加时标后存储至数据存储单元；

S6、微控制单元第三串口通信接口通信判断，若接收到第三通信模块发送的数据，则进入步骤S7；否则进入步骤S2；

S7、确认微控制单元第二串口通信接口和微控制单元第三串口通信接口的数据接收结果；

S8、若微控制单元第三串口通信接口接收到数据，而微控制单元第二串口通信接口未接收到数据，则进入步骤S9；否则进入步骤S2；

S9、微控制单元控制切换开关，将微控制单元第三串口通信接口接收到的数据发送至第一通信模块，同时存储数据至数据存储单元，并发出通信通道切换指示；

S10、切换开关复位，依第二通信模块为主通信对象。

10.根据权利要求9所述的一种无人驾驶设备通信链路冗余与数据存储方法，其特征在于，

在步骤S1中，配置的参数包括通信波特率、数据的起始标志、数据的结束标识、数据的长度位和数据的校验位的一种或多种。

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