嵌入式结课论文new

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1、嵌入式ARM在基于以太网的AUV控制系统中的应用专业：电子信息工程专业班级学号：4091230姓名：张晓晓指导教师：李志华2012年04月12日摘要　提出了一种基于星型以太网拓扑的水下自主航行器（AUV）分布式控制系统体系结构，并开发了以嵌入式ARM处理器为核心的运动控制单元。首先介绍了系统总体结构及各节点单元的功能，然后介绍了以ARM7处理器LPC2292为核心的运动控制单元硬件设计。选用以太网控制器CS8900A作为该单元网络通讯硬件，设计了其与ARM的接口电路。编写了硬件驱动以及网络通讯相关软件

2、。实验证明在该处理器平台上成功实现了网络通讯及嵌入式WEB服务器的构建，因其良好的交互性，方便了前期的调试和日后的维护。关键词　水下自主航行器；以太网；ARM；嵌入式WEB服务器引言水下自主航行器（AutonomousUnderwa-terVehicle，AUV）是水下无人航行器（UnmannedUnderwaterVehicle，UUV）的一种，作为一种军民两用的水下运载器，近年来已经得到长足的发展和进步[1]。控制系统是水下机器人的关键技术之一，它在很大程度上决定了AUV智能水平的高低[2]。运动

3、控制也是AUV系统设计中不可或缺的重要部分，它应用控制算法通过控制器控制电机，驱动舵和螺旋桨，从而对AUV的航行姿态、航行速度以及运动轨迹实现动态调节。当前的机器人控制系统多采用8位或16位单片机作为主控制器，虽然其有着性能稳定、成本低廉、开发难度小等优势，但碍于其自身较慢的运行速度和较小的内存，较难满足一些复杂的控制系统的设计要求。ARM是目前世界上市场份额最大的32位RISC架构嵌入式微处理器，其具有性能高、成本低和能耗小的特点，已在工业自动化、消费电子、移动通讯、国防科技等诸多领域得到广泛应用[

4、3]。LPC2292是恩智浦（NXP）公司开发的32位AR-M7TDMI-S内核的微处理器，其与单片机相比有着突出的优势：①处理速度快，工作频率最高可达60MHz；②16位Thumb和32位ARM双指令集；③16KB片上静态RAM以及256KB片内FLASH程序存储器；④高达9个外部中断和112个GPIO管脚；⑤丰富的片内外设资源。综上，将ARM7微处理器LPC2292用于AUV控制系统内运动控制单元的设计中。1　系统整体控制结构AUV的总体控制系统采用分布式控制体系结构[4]。而选择合适的总线类型是

5、分布式控制系统设计的一个关键所在。以太网是当今现有局域网采用的最通用的通讯协议标准。和现场总线相比，以太网有通讯速度高、带宽大、开放性高、布线方便、通用性和可扩展性强等特点[5]。基于以上考虑，将以太网总线应用于AUV控制系统。基于以太网的系统主要有以下两种网络拓扑结构：总线型和星型。星型拓扑采用专用的网络设备（如集线器或交换机）作为核心节点，通过网线将局域网中的各台主机连接到核心节点上形成。其具有管理方便、容易扩展、需要专用的网络设备作为网络节点等特点。与总线型相比，虽然其需要线缆量较多，但布线和连

6、接器比前者便宜，而且可根据系统功能需求通过级联方式方便地将网络扩展到很大规模，因而得到广泛采用。综上，本控制系统采用星型以太网拓扑的分布式控制系统结构。AUV总体的控制系统结构框图如上，体系采用星型以太网拓扑结构。水上部分包括甲板单元，水下部分以以太网交换机为中心，外围连接4个主要节点单元：主控制单元、任务传感单元、导航定位单元以及运动控制单元。整个系统分为三个控制层次[6-8]：甲板单元属于组织层；主控单元、传感单元和导航单元属于协调层；运动控制单元属于执行层。各单元都扩展出以太网接口，通过网线连接

7、至交换机上。单元间可以通过TCP或UDP协议按照点对点或广播方式进行数据与指令的传送，以达到协同各单元进行有效工作的目的。1.1　主控制单元主控制单元的功能主要分为两部分：1与甲板单元进行通讯，接受甲板单元的控制指令和预置路径信息；同时上传传感器抽样特征值信息以及状态监控信息，为进一步决策的制定提供依据。2承担系统整体安全、RF通讯，GPS定位以及协调AUV中其他各部分的工作。实现路径规划、电源管理、碰壁应急规划（熔断抛载）、定位回收等功能。1.2　导航控制单元导航定位单元主要负责根据三个传感器（DV

8、L、USBL、深度计）的信息，依据导航定位算法推算出AUV当前的位置信息，并将其发送到网络上，其他单元可据实际情况选择获取。1.3　任务传感单元任务传感单元主要负责传感器的数据采集、记录及处理。任务传感器包括：多波束测深系统、侧扫浅剖声纳以及CTD。在此单元外扩了大容量存储设备，便于勘察数据的记录。任务传感单元可根据主控制单元的需求，将多波束和侧扫浅剖数据发到网络上，其他单元可据实际需求选择获取。1.4　运动控制单元运动控制单元主要负责AUV的航行控制。