一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器

技术领域

本发明涉及导航控制器领域，具体涉及一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器。

背景技术

导航控制器在道路感知、自主机器、无人叉车、轨道巡检、AGV引导车等多个行业领域均有大量应用。

目前主流导航控制器多为PLC、工控机板卡为硬件控制主体，在操作系统的实时性、灵活性，外设和IO接口的丰富程度，系统资源及数据处理能力，软件开发成本，国产化自主可控等方面均有不同程度的欠缺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提出一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器，具备实时性较高、接口丰富、可扩展性较强、支持二次开发的优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器，由供电管理模块、国产CPU规划控制模块、AI导航定位模块、通信接口模块以及IO接口模块组成，国产CPU规划控制模块和AI导航定位模块通过高速数据总线连接，保证大数据量传输的实时性。

所述供电管理模块包括电源滤波器、降压DCDC电路、LDO电路等，将外部输入的DC24V进行滤波和降压转换，提供其他模块工作需要的DC 12V、DC 5V等工作电源，同时对各模块进行上电时序控制。

所述AI导航定位模块包括ARM CPU、CUDA GPU、闪存、内存等最小系统和以太网、USB、PCI、HDMI等外设接口，连接外部雷达/GPS等节点接收GPS组合定位传感器的位置数据、激光雷达传感器的点云数据和毫米波雷传感器的达点云数据，获取车辆当前实时位置和定位信息。

所述AI导航定位模块运行操作系统和导航定位软件，包括点云分割、特征关联、图优化、点云匹配、融合定位算法，解算车辆实时位置数据。导航定位软件主要实现定位导航功能。采用模块化设计思想，按照系统功能，分为系统内核、底层接口驱动、外部设备驱动、软件算法模块四层。

所述国产CPU规划控制模块与所述AI导航定位模块通过高速PCI总线接口连接，AI导航定位模块获取出车辆当前实时位置和定位数据后，通过PCIE高速总线，将数据发送到国产CPU规划控制模块，CPU规划控制模块接收后，提供给路径规划算法模块。

所述国产CPU规划控制模块运行国产实时操作系统和路径规划软件以及运动控制软件，用于获取规划的路径，提供二次开发功能，采用模块化设计思想，按照系统功能，分为系统内核、底层接口驱动、外部设备驱动、路径规划运行模块四层以及中间件五层。用于将指令通过CAN总线下发至车辆底盘。

所述通信接口模块包含RS485通信电路，用于连接GPS组合定位；RS232通信电路和RS422通信电路，用于连接调试上位机；CAN通信电路，用于连接毫米波雷达和车辆底板控制模块；USB通信电路，用于连接深度相机和5G网关；千兆以太网通信电路，用于连接调试上位机和激光雷达。

所述IO接口模块包含数字量输入电路、数字量输出电路。输入电路用于接受数字量输入信号。通过公共端接线配置输入类型，当公共端接线正电源，输入类型为NPN，当公共端接线负电源，输入类型为PNP。输出电路用于输出数字量信号。数字量输出类型为源极电源输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用国产CPU控制规划模块和AI导航定位模块高速互联、协同工作的方式，该硬件可搭载国产实时操作系统和软件生态较强的UBUNTU操作系统，通过丰富的以太网、CAN、RS485、RS232、RS422、USB2.0/USB3.0等丰富的外设接口，支持3D多线激光雷达、摄像头、GPS组合定位、毫米波雷达、超声波雷达等传感器，完成定位导航、路经规划、车辆底盘运动控制功能，大大提高了导航控制器的实时性、扩展性和二次开放水平，提高了控制器的稳定性、可靠性和适用性。

附图说明

图1是本发明一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明一种基于国产CPU实时系统的AI导航控制器，从电路功能上可将控制器划分为四个功能模块，包括国产CPU规划控制模块、AI导航定位模块、通信接口模块以及IO接口模块。

如图1所示，国产CPU规划控制模块CPU处理器电路、电源管理电路、DDR3内存电路、FLASH存储电路、显示控制电路、PCIE/USB/LAN等外设接口电路，与所述AI导航定位模块通过PCIE高速总线连接，接收车辆当前实时位置和定位数据，通过国产CPU规划控制模块获取规划路径、运动指令以及实现二次开发功能。通过UART实现UART至RS485/RS232/RS422通信电路转换，连接调试上位机；通过USB实现USB3.0通信电路扩展，连接深度相机和5G网关；通过RGMII与千兆以太网PHY芯片通信，连接调试上位机和激光雷达、通过CAN接口连接车辆底板模块连接，实现与上位机、安全避障雷达和车辆底盘的数据通信，将速度、转角控制指令下发至车辆底盘。

如图1所示，AI导航定位模块包括ARM CPU电路、CUDA GPU电路、电源管理电路，LPDDR4内存电路、EMMC存储电路、PCIE/USB/LAN/UART等外设接口电路。通过LAN、USB高速外设接口，连接激光雷达传感器、毫米波雷达传感器、GPS/IMU组合导航，获取雷达点云数据和经度纬度航向角等数据，运行导航定位算法通过点云分割、特征关联、图优化、点云匹配、融合定位等解算车辆当前位置信息，通过PCIE总线发送给国产CPU规划控制模块。

如图1所示，通信接口模块包含RS485/RS422隔离通信电路，最大数据通信速率10Mbps，用于AI导航定位模块与GPS组合定位传感器进行通信；RS232隔离通信电路，最大数据通讯速率460Kbps，用于国产CPU规划控制模块与调试上位机进行通信；USB3.0通信电路，最大数据通信速率5Gbps，用于国产CPU规划控制模块与深度相机和5G网关进行通信；千兆LAN通信电路，最大数据通信速率1Gbps，用于国产CPU规划控制模块连接调试上位机和与激光雷达传感器进行通信。CAN隔离通信电路，最大数据通讯速率1Mbps，用于国产CPU规划控制模块与车辆底板控制模块进行通信。

如图1所示，IO接口模块包含数字量输入电路、数字量输出电路。输入电路用于接受数字量输入信号。通过公共端接线配置输入类型，当公共端接线正电源，输入类型为NPN，当公共端接线负电源，输入类型为PNP。输出电路用于输出数字量信号。数字量输出类型为源极电源输出。

本发明采用国产CPU控制规划模块和AI导航定位模块高速互联、协同工作的方式，该硬件可搭载国产实时操作系统和软件生态较强的UBUNTU操作系统，通过丰富的以太网、CAN、RS485、RS232、RS422、USB2.0/USB3.0等丰富的外设接口，支持3D多线激光雷达、摄像头、GPS组合定位、毫米波雷达、超声波雷达等传感器，完成定位导航、路经规划、车辆底盘运动控制功能，大大提高了导航控制器的实时性、扩展性和二次开放水平，提高了控制器的稳定性、可靠性和适用性。

此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。