1、基于的無人飛行器飛行控制系統設計關鍵字：無人飛行器飛行控制1引言隨著科技的發展以及軍事戰略思想的轉變，無人飛行器在軍事、民用領域具有廣泛的應用前景和極其重要的現實意義。各國正在研制和開發各種性能獨特的無人飛行器，改造的核心就是飛行控制系統。以其豐富的指令系統、高速高精度的運算能力及豐富的片內外設資源等優勢，為飛控系統的發展提供了一個很好的平臺本系統選用的以下簡稱是公司開發的一款位芯片，采用高性能靜態技術，工作主頻可達。片內集成了字的存儲器，方便實現軟件升級還集成了豐富的外圍設備，如采樣頻率高達的位路轉換器，兩個面向電機控制的事件管理器和多種標準串口通信外設。在此基礎上設計出一種高精度、擴展性強

2、、小型化和低成本的新型飛行控制系統。硬件系統方案要求和設計基于的飛控系統硬件設計，關鍵在于系統的整體方案設計。接口設計是一個重要環節，將直接影響系統的性能。為了減輕系統的負擔，外部輸入信號用中斷方式讀入，信號輸入輸出時要考慮抗干擾性。充分考慮的片內資源以及系統的接口要求，僅需對芯片進行少量的外部接口擴展，即可滿足飛控系統所有功能和未來擴展性的要求。同時由于系統的輸入邏輯量較多，采用公司芯片1完成數據處理和邏輯運算功能，以減少控制電路的體積，增加系統的可靠性，實現對控制系統各單元狀態的監視和控制。系統整體方案設計如圖1所示。以下將從系統各模塊的實現加以說明。3硬件實現3.1模擬信號接收模擬信號經

3、過信號調理模塊輸入，轉換選擇位逐次逼近轉換器1其片內含有三態輸出緩存電路和高精度參考電壓源與時鐘電路，自帶采樣保持器。本設計采用的連接方式如圖所示，使工作在全控模式下。在的使用上采用程序啟動、標志查詢方式，啟動信號和轉換結束信號相配合，使一旦轉換結束就處于數據輸出狀態，同時產生結束標志，提高多通道時的通過率。5扎遛申喘框閨3.2串口通信處理器提供兩個串行通信接口，支持級接收和發送F但仍然滿足不了飛控系統與多外設的通訊要求。因此，系統選用異步串行接口擴展芯片，方便地將的擴為個全雙工、波特率最高可達的異步串行通信接口，作為主控制器和專用的通信設備數據傳輸通道，進行控制系統和地面的通信傳輸，作為與的

4、通信通道。使用簡單，不需要底層軟件支持，上電即可工作。圖3串口擴展框圖。TOC o 1-5 h z串口擴展實現如圖，、是下行地址線，1是分別對應子串口，是上行地址線，1，1，是分別對應子串口，1，2。的口直接與的地址線相連。發送數據時，通過改變口的狀態來改變下行地址，選中特定的子串口接收數據時，通過讀取口的狀態來判斷數據具體來自哪一個子串口，從而對讀取到的數據做出相應的處理。因此可以提高系統效率、減低軟件消耗。通過外加電平轉換芯片就可以實現，通訊。，.，存儲器擴展上包含位的存儲器。考慮到容量和速度，所以必須對系統進行存儲器的擴展。采用一片公司生產的字大小的存儲芯片作為程序擴展存儲器。供電，存取

5、時間最大不超過。不需要外加延時電路，直接將其數據線、地址線分別和的數據線、地址線相連。并將的第引腳與的片選信號引腳連接，的讀、寫選通信號分別與的讀、寫選通信號相連。波輸出無人飛行器伺服機構的舵機由脈寬調制信號控制，利用占空比的變化，由產生的多路并行信號加上信號隔離驅動的舵機控制電路，通過改變舵機的位置從而達到控制目的。集成了控制信號發生器，每個事件管理器能夠產生路輸出。由于芯片輸出的高電平為，而舵機控制信號輸入脈寬調制信號的高電平需要，因此輸出的脈寬調制信號的高電平需要經過電平轉換后才能驅動舵機工作。為了避免電機驅動板卡對主控板卡的干擾，采用高速光耦隔離器件將信號隔離，阻斷電機驅動板卡對主控板

6、卡的傳導干擾。，.5復位、電源電路在整個硬件設計中，主要用到的直流電源有。，板上電在整個硬件設計中，主要用到的直流電源有。，板上電源采用的圍電路所需的通過穩壓電源，提供所需的電壓和及外電壓。所有信號與連接時需考慮電平匹配問題，通過加降壓芯片的方式來解決。的直流電源由蓄電池提供，其他直流電壓可以通過轉換模塊得到。電壓通過集成穩壓模塊獲得。考慮到本系統中還需和兩種電壓，所以選用了公司的芯片對輸入到的電壓進行電平轉換，可使輸入電壓降為和。提供電流限制和熱保護。目標板上的所有電源都可以用一個的穩壓模塊提供。此外，為了調試方便，系統由公司的提通供0手7動復位。復位信號經譯碼后輸出高、低兩種電平有復位源都

7、引入，由對復位電平要求不同的元件分別復位。手動按鈕和所內建的處理驅動，再輸出至復位目的地。源采用的圍電路所需的通過穩壓電源，提供所需的電壓和及外電壓。所有信號與連接時需考慮電平匹配問題，通過加降壓芯片的方式來解決。的直流電源由蓄電池提供，其他直流電壓可以通過轉換模塊得到。電壓通過集成穩壓模塊獲得。考慮到本系統中還需和兩種電壓，所以選用了公司的芯片對輸入到的電壓進行電平轉換，可使輸入電壓降為和。提供電流限制和熱保護。目標板上的所有電源都可以用一個的穩壓模塊提供。此外，為了調試方便，系統由公司的提通供0手7動復位。復位信號經譯碼后輸出高、低兩種電平有復位源都引入，由對復位電平要求不同的元件分別復位

8、。手動按鈕和所內建的處理驅動，再輸出至復位目的地。系.統軟件設計軟件系統采用公司集成開發工具采用語言與匯編語言混合編程實現。中集成的嵌入式實時操作系統系統初始化模塊設定化流程圖如圖4所示。0的0工0作模式，且其初始化只能在復位模式下進行。初始直棹諾玄皿耀1J:叱時時N虻図出阪席粗CM熾IX戲讓田FlPOOR明將知常甘曲最住甜毎冋JE況丄滬國卑系統控制流程圖如圖5所示。數據存儲放置在任務線程中，其過程是將飛行數據分析結果等值存儲在中。檢測任務線程可以通過周期函數來完成。可以根據實時時鐘來確定函數運行的時間。這里，設置檢測任務運行次。所有任務的啟動都和飛控系統總線上的小周期計數息息相關，其中與接收

9、總線數據相關的任務都是由消息分發線程啟動，當接收的消息為發送的同步數據碼時，終端對象同步自己的小周期計數，并按現在所處的小周期啟動相應的任務。所有的任務都包含在消息處理線程中，每個終端都有一個這樣的線程，各個線程獨立工作，使各個終端處于并行工作方式。系統全部邏輯控制功能，均采用周期運行方式，每隔由定時中斷程序喚醒。利用進行邏輯運算及數據處理，并檢測模擬量輸入信號，判斷各監控對象的工作狀態并按照系統控制邏輯決定輸出量。在其狀態發生變化時通知，協助完成系統的自檢測功能。在狀態監測中，將當前檢測到的狀態量與存儲的上一個狀態量相比較，如果兩次狀態相同，則不進行任何操作如果發生變化，則向發出中斷信號，通知讀取數據。在接收發送的控制指令時，將該指令與當前狀態相比較，若符合就不再發送控制指令，這樣就能防止多次發送控制指令引起的誤動作。在飛行過程中，控制系統的任務主要包括采集無人機的姿態數據，計算控制量并輸出到舵機等執行機構，接受地面站的指令并傳輸無人飛行器的位置等信息。利用設計的控制板進行伺服控制算法的實現，完成對執行機構舵機的控制。圖6為控制系統