基于CAN总线的分布式AUV内部参数检测系统

“旗鱼号”AUV设计了一种基于CAN总线的分布式内部参数检测系统，并通过下水实验验证了内部参数检测系统的可行性和可靠性。

【关键词】内部参数 检测系统 CAN 分布式

1 引言

在自主式水下航行器中，一个可靠而有效的内部参数检测系统可以实时的监测AUV的运行状态，保证其健康的运行。从硬件角度，AUV可分为集中式和分布式，不同的航行器针对自身特殊需要会选择合适的方案。内部通信方式的选择也是至关重要，UART，SPI，I2C是常用的方式，而CAN总线也开始在嵌入式控制领域崭露头角。

2 CAN总线在AUV中的应用

传统的AUV设计大多采用集中控制方式和点对点的串口通信方式，这种设计存在以下不足：

（1）主控机任务繁重，效率低；

（2）主控机一旦出现故障，整个系统即崩溃，可靠性低；

（3）浪费硬件资源，主控机数据采集通道有限，很难随意增加设备或传感器，可扩展性差。“旗鱼号”基于以上考虑，采用了分布式CAN总线通信技术，有效地解决了上述问题。

CAN总线技术主要有以下几个优点：

（1）低成本；

（2）实时性高，多主站工作方式，优先级高的节点优先传送数据，数据传输率高（1Mbit/s）；

（3）连接简单，可扩展性强，开发方便。基于CAN总线技术设计的AUV内部参数检测系统可以很好地弥补传统设计中的一些不足。

本系统采用基于CAN总线的分布式控制体系，可以将主控机一部分功能单元分散到各个网络节点来实现，减轻主控计算机的任务。“旗鱼号”内部参数检测系统中硬件以PC104为核心，主要包括温度传感器、湿度传感器、电压传感器、电流传感器、气压传感器、泄漏检测器等。

3 实验分析

“旗鱼号”AUV于2015年2月在中国海洋大学水下系统试验室完成水池实验，实现了水下拖缆航行，并在2015年8月在黄海完成海试，成功实现无缆航行。基于CAN总线的分布式内部参数检测系统在最近海试中的部分测试结果如图1、图2。

这两条曲线分别是速度，电池输出电流的监测结果。比较图1和图2可以发现，在正常运行的情况下，它们的监测曲线之间呈现出一定的统一性，更高的速度将需要更大的电流。

4 结论

经试验证明，基于CAN总线技术的分布式AUV内部参数检测系统性能稳定，工作可靠，能很好地满足AUV对内部参数检测系统实时性和可靠性的要求。如何进一步提高检测系统的可靠性和系统的容错能力，将是今后的研究目标。

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作者单位

中国海洋大学信息科学与工程学院 山东省青岛市 266100