- 相關(guān)推薦
簡(jiǎn)析某型無(wú)人機飛行控制計算機硬件設計論文
1 DSP 微處理器
飛行控制計算機是無(wú)人機飛行控制系統的核心，考慮飛行控制系統的功能和受到無(wú)人機對體積和重量等條件約束，所研制的飛行控制計算機選用TI 公司的高性能處理芯片TMS320F28335 作為飛行控制計算機的微處理器芯片，該芯片是一款TMS320C28X 系列浮點(diǎn)DSP 控制器， 具有功耗小，成本低，精度高，外設集成度高，性能高，數據以及程序存儲量大，A/D 轉換精確快速等優(yōu)點(diǎn)， 并具有TI 公司所開(kāi)發(fā)的功能強大的CCS 軟件平臺。無(wú)人機發(fā)動(dòng)機整流后的電源和機載蓄電池作為飛行控制計算機主電源的輸入，正常工作狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機供電給飛行控制計算機，機載蓄電池在無(wú)人機啟動(dòng)或發(fā)動(dòng)機出現故障時(shí)供電。
2 主要功能模塊設計
2.1 DSP 最小系統模塊
保證DSP 正常工作所需的最小外圍電路稱(chēng)為DSP 最小系統，包括DSP 內核、ADC 模塊、BOOT 啟動(dòng)選擇、I/O 供電模塊、電源模塊以及JTAG 調試模塊等。
DSP 最小系統的供電系統選用TI 公司的TPS767D301雙電源芯片，其中DSP 內核模塊供電為1.8 V，IO 的供電為3.3 V;晶振選用30 MHz，DSP 的工作頻率是經(jīng)過(guò)5 倍頻放大達到150 MHz;選用MAX6021A 作為ADC 的外部參考電壓，產(chǎn)生2.048 V 的基準電壓，使ADC 模塊的精度達到12 位;方便系統從串口燒寫(xiě)程序，BOOT 啟動(dòng)可以從SCI 或者FLASH啟動(dòng)。
2.2 模擬量信號調理模塊
多路傳感器輸出的開(kāi)關(guān)量、頻率信號、電壓信號及電阻信號是經(jīng)過(guò)模擬量信號調理模塊電路進(jìn)行濾波和放大處理，從而調理成適合計數器所需的脈沖的信號和A/D 器件采樣電平的信號。
模擬量輸出的信號包括俯仰、滾轉、油門(mén)舵機反饋、縱向舵機反饋、橫向舵機反饋、航向舵機反饋和電源電壓等信號;由于電壓輸出范圍為-10V~+10V， 而DSP 內部ADC 模塊采集模擬量的范圍是0~+3 V，因此需將-10~+10 V 電壓轉換成0~+3 V。為實(shí)現模擬信號調理，設計采用通過(guò)加法器進(jìn)行平移和運放進(jìn)行衰減。
2.3 數字量輸入/輸出模塊
無(wú)人機飛行控制系統中的數字量輸出信號包括紅外增強器以及誘餌彈等任務(wù)設備投放信號、發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)/停車(chē)信號，這些功能的執行機構由繼電器實(shí)現。繼電器的控制電平為24 V， 選用8 通道的ULN2803 驅動(dòng)離散數字量輸出，而ULN2803 的輸入電平為5 V，為了電平匹配，使用74HCT245將DSP 的數字量輸出信號的3.3 V 電平轉換為5 V， 以驅動(dòng)ULN2803 的輸出。數字量輸入信號的外部輸入電平為5 V， 而DSP 的IO口為3.3 V 電平，為了達到電平的匹配，選用74LVT245，對數字量輸入信號進(jìn)行電平轉換。
2.4 DA 輸出模塊
飛控系統執行機構的控制信號采用模擬量信號，主要是輸出指令給舵機，進(jìn)而舵機的伺服電路驅動(dòng)執行機構。飛控系統包括油門(mén)舵機、縱向舵機、橫向舵機和航向舵機，這些舵機的控制信號范圍為-10~+10 V， 至少要4 路-10~+10 V�？紤]精度高， 傳輸速度快和功耗低等原則， 選用TI 公司的DAC7718，它支持輸出電壓范圍為-12~+12 V，雙極性輸出，功耗為14.4 mW/Ch，8 通道，誤差為±1LSB，采用SPI 總線(xiàn)通訊接口，精度達到1LSB，設置時(shí)間為15 μs，12 位分辨率。
2.5 串行通信擴展模塊
飛行控制系統的通訊設備有GPS 模塊、組合導航和無(wú)線(xiàn)數傳電臺等，它的通信接口都為RS232。飛控系統需進(jìn)行半實(shí)物仿真和測試，但半實(shí)物在回路測試和仿真的通信接口都為RS422， 因此需要2 路RS422 和3 路RS232 通信接口。DSP 只有3 路SCI，采用TL16C754 擴展四路串口，同時(shí)保證TTL 電平和RS422 或者RS232 電平進(jìn)行匹配， 采用SP3232和MAX3490 芯片進(jìn)行全雙工的串行接口轉換。
2.6 捷聯(lián)航姿系統模塊
捷聯(lián)航姿系統是捷聯(lián)姿態(tài)航向參考系統的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是將慣性器件直接固定連接在載體上，載體坐標系相對于慣性坐標系的角速度和加速度，分別利用陀螺儀和加速度計進(jìn)行測量。航向、滾轉、俯仰為載體的實(shí)時(shí)運動(dòng)姿態(tài)，其信息可通過(guò)傳感器的數據融合算法進(jìn)行解算。飛行控制計算機模板和捷聯(lián)航姿系統所需的磁羅盤(pán)、陀螺儀、加速度計等傳感器固定連接，即飛行控制計算機和捷聯(lián)航姿系統進(jìn)行一體化設計。
捷聯(lián)航姿系統包括陀螺儀、加速度計和磁羅盤(pán)等模塊。飛行控制計算機對系統對傳感器采集到的三維角速度、加速度、磁場(chǎng)分量進(jìn)行數據融合并計算出四元數，進(jìn)而反解出三維的姿態(tài)角，供飛行控制系統讀取姿態(tài)。
2.7 氣壓高度計模塊
為了保證飛行控制系統的準確性和可靠性，采用慣性測量單元、氣壓高度計和GPS 3 個(gè)傳感器信號，進(jìn)行信息融合后得到的高度信息作為飛行控制律運算的高度反饋信號，提高系統高度測量的準確性和可靠性。采用博世科技公司的BMP085 氣壓傳感器，具有精度高、體積小和成本低等特點(diǎn)。BMP085 是一款超低功耗、高精度的壓力傳感器，性能卓越，功耗低，只有3 μA，絕對精度最低可以達到0.03 hPa。
2.8 鐵電存儲器擴展模塊
無(wú)人機飛行控制系統的軟件程序在飛行前需要配置許多參數，如航路的航點(diǎn)數據。鐵電存儲器擴展模塊中存儲參數，參數的配置是通過(guò)上位機軟件通過(guò)串口通訊實(shí)時(shí)進(jìn)行的，其還可以對飛行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲， 這些飛行信息對飛行狀態(tài)的后續分析，有很大幫助，尤其在無(wú)人機出現故障甚至引起墜機等意外事件， 所存儲飛行前的飛行數據有助于查找事故原因。
基于總線(xiàn)接口和數據存儲空間的兩個(gè)因素， 鐵電RAM 選定了FM24V10 作為數據記錄載體，其具有高速I(mǎi)2C總線(xiàn)接口，1M 位存儲空間， 它可直接與飛行控制計算機的I2C 模塊相接。
3 結束語(yǔ)
無(wú)人機飛行控制計算機是飛行控制系統軟件得以運行的載體，筆者著(zhù)重從飛行控制計算機硬件的各個(gè)具體模塊進(jìn)行了研究，設計并開(kāi)發(fā)了飛行控制計算機。該飛行控制計算機成功應用于某型無(wú)人機的飛行試驗中，實(shí)驗和測試結果表明該飛行控制計算機設計合理。
【簡(jiǎn)析某型無(wú)人機飛行控制計算機硬件設計論文】相關(guān)文章：
簡(jiǎn)析基于MVC模式的高校實(shí)驗排課系統設計與實(shí)現論文07-03
企業(yè)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)策略簡(jiǎn)析論文07-04
計算機軟件安全檢測技術(shù)簡(jiǎn)析論文07-04
關(guān)于簡(jiǎn)析體育教師評價(jià)自動(dòng)化系統的設計及應用論文07-03
戲劇文學(xué)專(zhuān)業(yè)就業(yè)前景簡(jiǎn)析07-14
淺談智能家居的控制設計論文07-04
控制化工工藝設計風(fēng)險分析論文07-04
初三語(yǔ)文教材體系簡(jiǎn)析04-11
化工工藝設計安全危險的識別與控制論文07-04