基于QNX的水下滑翔机器人嵌入式控制系统的研究与实现

摘要

本文的研究对象一水下滑翔机器人嵌入式控制系统是为了满足水下滑翔机器人的开发需要而设计的。在深入分析水下滑翔机器人控制系统特点的基础上，本文提出了水下滑翔机器人嵌入式控制系统硬件、软件结构的设计方案。基于此思想，以QNX实时嵌入式操作系统为开发平台，以C语言为主要开发工具，设计并开发了控制系统。该控制系统不仅满足了水下滑翔机器人的功能需求，而且具有通用性和易用性的特点。 全文分为三个部分，第一部分为控制系统开发环境分析。分析了实时操作系统QNX独特的体系结构和特点；通过测试，详细研究了WINDOWS2000、LINUX9.0、QNX6.2在线程创建能力、进程创建能力等方面的差异。 第二部分为控制系统设计。论述了嵌入式控制系统的软、硬件组成和开发目标，对控制系统的需求和可行性进行了分析，详细阐述了控制系统软件和硬件的总体结构设计思想，并对控制系统中进程间通讯机制做了分析和比较，设计实现了基于消息传递及公共数据区的通讯子系统。 第三部分，对水下滑翔机器人嵌入式控制系统软件进行了详细设计。实现了DiskOnChip在QNX操作系统下的驱动以及QNX操作系统在DOC上的移植；实现了水下滑翔机器人在AUV模式下的预编程控制和ROV模式下遥操作；论述了使命程序的编制过程；针对水下滑翔机器人的特定功能需求，以及对水下滑翔机器人的定常滑翔运动和空间螺旋回转运动的分析，提出了组合导航定位的模式，运用船位推算算法，设计开发了航行控制系统；描述了TCM2电子罗盘的数据采集工作流程，利用多传感器数据融合技术开发了数据采集系统，提出了一种多传感器数据的处理方法：最后，介绍了公共数据区的功能以及公共数据区的创建方法。 通过实验验证，本文设计的控制系统能够满足水下滑翔机器人的基本运动控制，实现了载体的航行定位以及多传感器系统的数据采集，并利用QNX操作系统的优越性能，实现了控制系统中多进程间的信息传递及数据存储。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2水下滑翔机器人

1.2.1水下机器人的分类

1.2.2水下滑翔机器人简介

1.2.3水下滑翔机器人研究状况及应用前景

1.2.4水下机器人控制系统的研究现状和发展方向

1.3本文的主要工作

2 QNX实时操作系统

2.1 QNX的微内核结构

2.1.1一个真正的微内核

2.1.2资源管理和路径名空间管理

2.1.3 QNX操作系统的文件系统管理

2.2 QNX操作系统的实时性

2.2.1线程创建速度

2.2.2进程创建速度

3可行性分析及需求分析

3.1可行性分析

3.2需求分析

3.2.1系统功能要求

3.2.2系统数据流图

4控制系统总体设计

4.1总体设计概述

4.2控制系统硬件设计

4.2.1控制系统硬件结构

4.2.2水面控制系统硬件设计

4.2.3水下载体控制系统硬件设计

4.3控制系统软件设计

4.3.1控制系统软件总体结构

4.3.2水面控制系统软件

4.3.3水下控制系统软件

4.4进程间通信机制分析与比较

5控制系统详细设计

5.1操作系统的安装及配置

5.1.1驱动DiskOnChip

5.1.2操作系统的配置

5.2控制系统主程序设计

5.2.1 AUV模式

5.2.2 ROV模式

5.3使命程序

5.4通讯系统设计

5.4.1串口通信设计

5.4.2网络通信设计

5.5航行系统

5.5.1船位推算算法

5.5.2运动受力分析

5.5.3定常滑翔航行

5.5.4空间螺旋回转运动

5.6数据采集系统

5.6.1多传感器系统数据处理

5.6.2数字量的采集及A/D、D/A转换

5.6.3 TCM2数据采集

5.7公共数据区

6结论

参考文献

在学研究成果

致谢