无人机飞控设计

1、基于的无人飞行器飞行控制系统设计关键字：无人飞行器飞行控制1引言随着科技的发展以及军事战略思想的转变，无人飞行器在军事、民用领域具有广泛的应用前景和极其重要的现实意义。各国正在研制和开发各种性能独特的无人飞行器，改造的核心就是飞行控制系统。以其丰富的指令系统、高速高精度的运算能力及丰富的片内外设资源等优势，为飞控系统的发展提供了一个很好的平台本系统选用的以下简称是公司开发的一款位芯片，采用高性能静态技术，工作主频可达。片内集成了字的存储器，方便实现软件升级还集成了丰富的外围设备，如采样频率高达的位路转换器，两个面向电机控制的事件管理器和多种标准串口通信外设。在此基础上设计出一种高精度、扩展性强

2、、小型化和低成本的新型飞行控制系统。硬件系统方案要求和设计基于的飞控系统硬件设计，关键在于系统的整体方案设计。接口设计是一个重要环节，将直接影响系统的性能。为了减轻系统的负担，外部输入信号用中断方式读入，信号输入输出时要考虑抗干扰性。充分考虑的片内资源以及系统的接口要求，仅需对芯片进行少量的外部接口扩展，即可满足飞控系统所有功能和未来扩展性的要求。同时由于系统的输入逻辑量较多，采用公司芯片1完成数据处理和逻辑运算功能，以减少控制电路的体积，增加系统的可靠性，实现对控制系统各单元状态的监视和控制。系统整体方案设计如图1所示。以下将从系统各模块的实现加以说明。3硬件实现3.1模拟信号接收模拟信号经

3、过信号调理模块输入，转换选择位逐次逼近转换器1其片内含有三态输出缓存电路和高精度参考电压源与时钟电路，自带采样保持器。本设计采用的连接方式如图所示，使工作在全控模式下。在的使用上采用程序启动、标志查询方式，启动信号和转换结束信号相配合，使一旦转换结束就处于数据输出状态，同时产生结束标志，提高多通道时的通过率。5扎遛申喘框闺3.2串口通信处理器提供两个串行通信接口，支持级接收和发送F但仍然满足不了飞控系统与多外设的通讯要求。因此，系统选用异步串行接口扩展芯片，方便地将的扩为个全双工、波特率最高可达的异步串行通信接口，作为主控制器和专用的通信设备数据传输通道，进行控制系统和地面的通信传输，作为与的

4、通信通道。使用简单，不需要底层软件支持，上电即可工作。图3串口扩展框图。TOC o 1-5 h z串口扩展实现如图，、是下行地址线，1是分别对应子串口，是上行地址线，1，1，是分别对应子串口，1，2。的口直接与的地址线相连。发送数据时，通过改变口的状态来改变下行地址，选中特定的子串口接收数据时，通过读取口的状态来判断数据具体来自哪一个子串口，从而对读取到的数据做出相应的处理。因此可以提高系统效率、减低软件消耗。通过外加电平转换芯片就可以实现，通讯。，.，存储器扩展上包含位的存储器。考虑到容量和速度，所以必须对系统进行存储器的扩展。采用一片公司生产的字大小的存储芯片作为程序扩展存储器。供电，存取

5、时间最大不超过。不需要外加延时电路，直接将其数据线、地址线分别和的数据线、地址线相连。并将的第引脚与的片选信号引脚连接，的读、写选通信号分别与的读、写选通信号相连。波输出无人飞行器伺服机构的舵机由脉宽调制信号控制，利用占空比的变化，由产生的多路并行信号加上信号隔离驱动的舵机控制电路，通过改变舵机的位置从而达到控制目的。集成了控制信号发生器，每个事件管理器能够产生路输出。由于芯片输出的高电平为，而舵机控制信号输入脉宽调制信号的高电平需要，因此输出的脉宽调制信号的高电平需要经过电平转换后才能驱动舵机工作。为了避免电机驱动板卡对主控板卡的干扰，采用高速光耦隔离器件将信号隔离，阻断电机驱动板卡对主控板

6、卡的传导干扰。，.5复位、电源电路在整个硬件设计中，主要用到的直流电源有。，板上电在整个硬件设计中，主要用到的直流电源有。，板上电源采用的围电路所需的通过稳压电源，提供所需的电压和及外电压。所有信号与连接时需考虑电平匹配问题，通过加降压芯片的方式来解决。的直流电源由蓄电池提供，其他直流电压可以通过转换模块得到。电压通过集成稳压模块获得。考虑到本系统中还需和两种电压，所以选用了公司的芯片对输入到的电压进行电平转换，可使输入电压降为和。提供电流限制和热保护。目标板上的所有电源都可以用一个的稳压模块提供。此外，为了调试方便，系统由公司的提通供0手7动复位。复位信号经译码后输出高、低两种电平有复位源都

7、引入，由对复位电平要求不同的元件分别复位。手动按钮和所内建的处理驱动，再输出至复位目的地。源采用的围电路所需的通过稳压电源，提供所需的电压和及外电压。所有信号与连接时需考虑电平匹配问题，通过加降压芯片的方式来解决。的直流电源由蓄电池提供，其他直流电压可以通过转换模块得到。电压通过集成稳压模块获得。考虑到本系统中还需和两种电压，所以选用了公司的芯片对输入到的电压进行电平转换，可使输入电压降为和。提供电流限制和热保护。目标板上的所有电源都可以用一个的稳压模块提供。此外，为了调试方便，系统由公司的提通供0手7动复位。复位信号经译码后输出高、低两种电平有复位源都引入，由对复位电平要求不同的元件分别复位

8、。手动按钮和所内建的处理驱动，再输出至复位目的地。系.统软件设计软件系统采用公司集成开发工具采用语言与汇编语言混合编程实现。中集成的嵌入式实时操作系统系统初始化模块设定化流程图如图4所示。0的0工0作模式，且其初始化只能在复位模式下进行。初始直棹诺玄皿耀1J:叱时时N虻図出阪席粗CM熾IX戲让田FlPOOR明將知常甘曲最住甜毎冋JE况丄沪国卑系统控制流程图如图5所示。数据存储放置在任务线程中，其过程是将飞行数据分析结果等值存储在中。检测任务线程可以通过周期函数来完成。可以根据实时时钟来确定函数运行的时间。这里，设置检测任务运行次。所有任务的启动都和飞控系统总线上的小周期计数息息相关，其中与接收

9、总线数据相关的任务都是由消息分发线程启动，当接收的消息为发送的同步数据码时，终端对象同步自己的小周期计数，并按现在所处的小周期启动相应的任务。所有的任务都包含在消息处理线程中，每个终端都有一个这样的线程，各个线程独立工作，使各个终端处于并行工作方式。系统全部逻辑控制功能，均采用周期运行方式，每隔由定时中断程序唤醒。利用进行逻辑运算及数据处理，并检测模拟量输入信号，判断各监控对象的工作状态并按照系统控制逻辑决定输出量。在其状态发生变化时通知，协助完成系统的自检测功能。在状态监测中，将当前检测到的状态量与存储的上一个状态量相比较，如果两次状态相同，则不进行任何操作如果发生变化，则向发出中断信号，通知读取数据。在接收发送的控制指令时，将该指令与当前状态相比较，若符合就不再发送控制指令，这样就能防止多次发送控制指令引起的误动作。在飞行过程中，控制系统的任务主要包括采集无人机的姿态数据，计算控制量并输出到舵机等执行机构，接受地面站的指令并传输无人飞行器的位置等信息。利用设计的控制板进行伺服控制算法的实现，完成对执行机构舵机的控制。图6为控制系统