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如何設(shè)計(jì)小型無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)?

發(fā)布日期:2016-07-10我要投稿我要評(píng)論
 在經(jīng)歷了早期的遙控飛行后,目前其導(dǎo)航控制方式已經(jīng)發(fā)展為_(kāi)_自主飛行和智能飛行__。導(dǎo)航方式的改變對(duì)飛行控制計(jì)算機(jī)的精度提出了更高的要求;隨著小型無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)復(fù)雜程度的增加,對(duì)飛控計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的要求也更高;__而小型化的要求對(duì)飛控計(jì)算機(jī)的功耗和體積也提出了很高的要求__。高精度不僅要求計(jì)算機(jī)的控制精度高,而且要求能夠運(yùn)行復(fù)雜的控制算法,小型化則要求無(wú)人機(jī)的體積小,機(jī)動(dòng)性好,進(jìn)而要求控制計(jì)算機(jī)的體積越小越好。在眾多處理器芯片中,最適合小型飛控計(jì)算機(jī)CPU的芯片當(dāng)屬TI公司的TMS320LF2407,其運(yùn)算速度以及眾多的外圍接口電路很適合用來(lái)完成對(duì)小型無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)控制功能。

它采用哈佛結(jié)構(gòu)、多級(jí)流水線操作,對(duì)數(shù)據(jù)和指令同時(shí)進(jìn)行讀取,片內(nèi)自帶資源包括16路10位A/D轉(zhuǎn)換器且?guī)ё詣?dòng)排序功能,保證最多16路有轉(zhuǎn)換在同一轉(zhuǎn)換期間進(jìn)行,而不會(huì)增加CPU的開(kāi)銷;40路可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出通道;5個(gè)外部中斷;集成的串行通信接口(SCI),可使其具備與系統(tǒng)內(nèi)其他控制器進(jìn)行異步(RS 485)通信的能力;16位同步串行外圍接口(SPI)能方便地用來(lái)與其他的外圍設(shè)備通信;還提供看門(mén)狗定時(shí)器模塊(WDT)和CAN通信模塊。

飛控系統(tǒng)組成模塊

飛控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集各傳感器測(cè)量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無(wú)線電測(cè)控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y(cè)控站上行信道送來(lái)的控制命令及數(shù)據(jù),經(jīng)計(jì)算處理,輸出控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)中各種飛行模態(tài)的控制和對(duì)任務(wù)設(shè)備的管理與控制;同時(shí)將無(wú)人機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)傳送給機(jī)載無(wú)線電數(shù)據(jù)終端,經(jīng)無(wú)線電下行信道發(fā)送回地面測(cè)控站。按照功能劃分,該飛控系統(tǒng)的硬件包括:__主控制模塊、信號(hào)調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。 

模塊功能

各個(gè)功能模塊組合在一起,構(gòu)成飛行控制系統(tǒng)的核心,而主控制模塊是飛控系統(tǒng)核心,它與信號(hào)調(diào)理模塊、接口模塊和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相組合,在只需要修改軟件和簡(jiǎn)單改動(dòng)外圍電路的基礎(chǔ)上可以滿足一系列小型無(wú)人機(jī)的飛行控制和飛行管理功能要求,從而實(shí)現(xiàn)一次開(kāi)發(fā),多型號(hào)使用,降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本的目的。系統(tǒng)主要完成如下功能:

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(1)完成多路模擬信號(hào)的高精度采集,包括陀螺信號(hào)、航向信號(hào)、舵偏角信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、缸溫信號(hào)、動(dòng)靜壓傳感器信號(hào)、電源電壓信號(hào)等。 由于CPU自帶A/D的精度和通道數(shù)有限,所以使用了另外的數(shù)據(jù)采集電路,其片選和控制信號(hào)是通過(guò)EPLD中譯碼電路產(chǎn)生的。

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(2)輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)、模擬信號(hào)和PWM脈沖信號(hào)等能適應(yīng)不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如方向舵機(jī)、副翼舵機(jī)、升降舵機(jī)、氣道和風(fēng)門(mén)舵機(jī)等)的控制要求。

(3)利用多個(gè)通信信道,分別實(shí)現(xiàn)與機(jī)載數(shù)據(jù)終端、GPS信號(hào)、數(shù)字量傳感器以及相關(guān)任務(wù)設(shè)備的通信。由于CPU自身的SCI通道配置的串口不能滿足系統(tǒng)要求,設(shè)計(jì)中使用多串口擴(kuò)展芯片28C94來(lái)擴(kuò)展8個(gè)串口。
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