[实用新型]一种基于CAN总线的吊舱式无人艇舵机控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及无人船舶舵机控制技术领域，尤其是一种基于CAN总线的吊舱式无人艇舵机控制系统。

背景技术

当前，随着对水资源的持续开发利用，对水资源的环境监测是科学技术的重要组成部分，环境监测可以为科学研究、资源探测、灾害预警提供全面的、多层次的科学数据，但是对于水资源的环境监测往往伴随着危险与不确定因素，一旦出现事故，往往伴随着巨大的生命财产损失。水面无人船由此应运而生，并广泛用于代替人们执行这些危险而且乏味的工作。

无人船技术实现的关键就在于精确的自主航行，而自主航行的关键技术就是实现对舵机的精确控制。然而，在控制现有的无人船自主航行时，遇到以下问题：(1)无人船的主控系统与各个子系统之间在通讯上不够稳定、可靠性差，容易受到外界环境的干扰；(2)现有的无人船不能自主根据当前环境的光照强度对其它船舶进行远距离警示，从而导致无人船因没能及时被识别而发生碰撞事故；(3)成本高、各种防护措施少，并且不能实时根据当前航行的水域信息对舵机的摆动角度和船舶的航行速度进行精确控制。

发明内容

本实用新型的目的就是要解决现有的无人船在自主航行时所遇到的上述问题，为此提供一种基于CAN总线的吊舱式无人艇舵机控制系统。

本实用新型的具体方案是：一种基于CAN总线的吊舱式无人艇舵机控制系统，所述无人艇具有吊舱式转向系统和推进器，吊舱式转向系统由依次构成传动连接步进电机、啮合为一体的伞齿轮A、B和传动轴组成，步进电机和传动轴安装于固定架上，推进器吊装于传动轴的下端；其特征是：所述舵机控制系统由电源管理单元、主控系统和CAN总线以及舵机控制子系统组成；

所述电源管理单元为主控系统和舵机控制子系统中的各个模块单元提供工作电源；

所述主控系统实时检测CAN总线上舵机控制子系统发来的数据，将相应的信息进行保存的与运算，并根据计算结果向CAN总线上抛出相应的报文，舵机控制子系统在检测到主控系统抛出的指令之后立刻执行相应的指令；

所述舵机控制子系统包括单片机及分别与其相连接的CAN收发器、角度传感器、显示模块、驱动器A和驱动器B；CAN收发器用于实现CAN总线与单片机之间的通讯连接；角度传感器安装在传动轴上，并实时将舵机的舵角信息反馈给单片机，单片机根据当前的舵角信息实时通过驱动器A控制步进电机的转动角度，并通过驱动器B控制推进器的工作动态。

本实用新型中所述电源管理单元包括蓄电池组、反接保护装置、高压保护装置、低压保护装置和DC/AC逆变器以及DC/DC转换器；所述反接保护装置用于在蓄电池组中的电池而出现正负极接反时，启动反接保护功能；所述高压保护装置用于在蓄电池组的输出电压高于系统工作的额定电压时，对蓄电池组的输出电压进行降压处理；所述低压保护装置用于在蓄电池组的输出电压低于系统工作的额定电压时，启动备用电源对系统进行供电；所述DC/AC逆变器用于将蓄电池组输出的直流电源逆变成交流电源以供主控系统使用；所述DC/DC转换器用于将蓄电池组输出的直流电源进行降压处理以供舵机控制子系统使用。

本实用新型中所述主控系统包括主控制器和CAN分析仪；在主控制器内设有用于船舶在固定的水域进行自主航行的船舶数据库、地图数据库和船舶驾驶规则数据库；CAN分析仪用于主控制器与CAN总线进行通讯，并将CAN通讯转换成USB通讯。

本实用新型中所述主控系统还设置有光敏传感器；当光敏传感器检测到无人艇当前的光线强度较弱时，由主控制器实时控制船用示廓灯开启，以便其它船舶对无人艇进行识别。

本实用新型中所述单片机的型号为STM32F103RCT6，在单片机上板载有CH340G串口模块、JTAG接口模块和A/D转换模块以及GPS+北斗定位模块；所述CH340G串口模块用于单片机与电脑的通讯和程序的下载；JTAG接口模块用于单片机程序的在线调试；所述A/D转换模块用于采集角度传感器实时传输过来的数据；所述GPS+北斗定位模块用于实时获取无人船的经纬度信息；所述显示模块选用OLED显示屏。

本实用新型中所述CAN总线具有防电磁干扰的双绞屏蔽线，在双绞屏蔽线的两端均并联与其相匹配的电阻。

本实用新型中所述伞齿轮A安装在步进电机的输出轴上，伞齿轮B安装在传动轴上，伞齿轮A与伞齿轮B相啮合的部分为占伞齿轮B上90°圆心角区域，使得舵机的舵角波动范围为-45°～45°；所述传动轴上装有一个厚薄不一的法兰，在固定架上装有与法兰相对应的接近开关，接近开关连接单片机。