[发明专利]一种基于ARM的双冗余无人船船载控制系统和方法

权利要求书

1.一种基于ARM的双冗余无人船船载控制系统，其特征在于，包括信息采集系统、第一仲裁切换系统、第二仲裁切换系统、执行机构、第一ARM处理器、第二ARM处理器、通信系统和电源，第一ARM处理器、第二ARM处理器之间通过SPI总线相连；

所述的信息采集系统包括两个相同的采集单元；两个采集单元的输出与第一仲裁切换系统的输入相连；第一仲裁切换系统的输出分别与第一ARM处理器、第二ARM处理器相连，第一ARM处理器、第二ARM处理器的输出与第二仲裁切换系统的输入相连，第二仲裁切换系统的输出与执行机构相连，所述的第一ARM处理器、第二ARM处理器通过通信系统与岸端控制中心通信，电源为设备供电。

2.根据权利要求1所述的基于ARM的双冗余无人船船载控制系统，其特征在于所述的采集单元包括：

GPS传感器，采集当前无人船船的位置信息；

激光雷达传感器，采集障碍物的距离及方位信息；

电压检测传感器，实时监测电源电量，并在低电压时发出警报。

3.根据权利要求1所述的基于ARM的双冗余无人船船载控制系统，其特征在于所述的执行机构包括电调、电机和舵机。

4.根据权利要求1所述的基于ARM的双冗余无人船船载控制系统，其特征在于所述的通信系统为3个无线数传电台；所述的岸端控制中心、第一ARM处理器和第二ARM处理器分别配置1个无线数传电台；所述无线数传电台均配置增益天线。

5.一种如权利要求1所述系统的基于ARM的双冗余无人船船载控制方法，其特征在于：

信息采集系统的两个的采集单元分别采集当前无人船的位置信息、电源电量信息和障碍物信息，并将采集信息分别发送给第一仲裁切换系统；

第一仲裁切换系统按如下方法工作：第一仲裁切换系统首先判断两个采集单元所传回的相同类型传感器的数据差值是否超出设定误差范围；若超出误差范围，则选择当前数据与上一次采集数据比较差值较小者为该类型信息的当前检测值，并认定差值较大者所对应的传感器发生故障，进行隔离；若未超出误差范围，则读取两个传感器数据的平均值；

第一仲裁切换系统将选择的信号输出给第一ARM处理器、第二ARM处理器独立进行处理；

第二仲裁切换系统按如下方法工作：第二仲裁切换系统对两个处理器的数据进行一致性比较，当第一ARM处理器、第二ARM处理器在任务运算处理中数据不一致时，两个处理器进行自检，即对给定已知测试指令，能正确执行并得到正确结果的处理器认为正常，否则认为发生故障，进行隔离；当处理器的看门狗发出中断信号时，处理器也认为故障进行隔离，第二仲裁切换系统选择正常工作的处理器的处理结果；当第一ARM处理器、第二ARM处理器均正常工作时，第一ARM处理器优先于第二ARM处理器，即第二仲裁切换系统选择第一ARM处理器的处理结果作为发送给执行机构的结果；

执行机构根据第二仲裁切换系统所选择的处理结果执行目标航线追踪和障碍物躲避，即被第二仲裁切换系统选择的处理器从GPS模块中得到无人船的实时位置及航向信息，将其与目标位置进行比较，通过改变电机及舵机的PWM值来追踪目标航线；被第二仲裁切换系统选择的处理器从激光雷达中得到障碍物的距离及方位，结合无人船的实时位置及航向，通过改变电机及舵机的PWM值来躲避障碍物；当有障碍物时，优先躲避障碍物后，再追踪目标航线。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一ARM处理器、第二ARM处理器通过无线数传电台接收岸端控制中心的指令，并各自独立地进行任务处理；第二仲裁切换系统从两个处理器的输出结果中选择正确且优先级较高的输出结果作为执行机构的支配指令，且第二仲裁切换系统从两个处理器中选择正确的无人船的状态信息，并通过无线数传电台传回岸端控制中心。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，隔离故障的传感器之后，只读取正确的传感器的数据，若两个传感器均故障，则同时隔离并上报岸端控制中心；若第一ARM处理器故障，则由第二ARM处理器控制输出，若第二ARM处理器故障，第一ARM处理器正常控制输出，其中，任一处理器故障后，均转为单处理器工作模式，若两个处理器均故障，则系统无法正常工作。