如何設(shè)計小型無人機飛控系統(tǒng)？

 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__自主飛行和智能飛行__。導(dǎo)航方式的改變對飛行控制計算機的精度提出了更高的要求；隨著小型無人機執(zhí)行任務(wù)復(fù)雜程度的增加，對飛控計算機運算速度的要求也更高；__而小型化的要求對飛控計算機的功耗和體積也提出了很高的要求__。高精度不僅要求計算機的控制精度高，而且要求能夠運行復(fù)雜的控制算法，小型化則要求無人機的體積小，機動性好，進而要求控制計算機的體積越小越好。在眾多處理器芯片中，最適合小型飛控計算機CPU的芯片當(dāng)屬TI公司的TMS320LF2407，其運算速度以及眾多的外圍接口電路很適合用來完成對小型無人機的實時控制功能。

它采用哈佛結(jié)構(gòu)、多級流水線操作，對數(shù)據(jù)和指令同時進行讀取，片內(nèi)自帶資源包括16路10位A/D轉(zhuǎn)換器且?guī)ё詣优判蚬δ?，保證最多16路有轉(zhuǎn)換在同一轉(zhuǎn)換期間進行，而不會增加CPU的開銷；40路可單獨編程或復(fù)用的通用輸入/輸出通道；5個外部中斷；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）能方便地用來與其他的外圍設(shè)備通信；還提供看門狗定時器模塊（WDT）和CAN通信模塊。

飛控系統(tǒng)組成模塊

飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無線電測控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對無人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理與控制；同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動機、機載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。按照功能劃分，該飛控系統(tǒng)的硬件包括：__主控制模塊、信號調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及舵機驅(qū)動模塊等?！?br />
模塊功能

各個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，它與信號調(diào)理模塊、接口模塊和舵機驅(qū)動模塊相組合，在只需要修改軟件和簡單改動外圍電路的基礎(chǔ)上可以滿足一系列小型無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，從而實現(xiàn)一次開發(fā)，多型號使用，降低系統(tǒng)開發(fā)成本的目的。系統(tǒng)主要完成如下功能：



（1）完成多路模擬信號的高精度采集，包括陀螺信號、航向信號、舵偏角信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、缸溫信號、動靜壓傳感器信號、電源電壓信號等。 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，其片選和控制信號是通過EPLD中譯碼電路產(chǎn)生的。


（2）輸出開關(guān)量信號、模擬信號和PWM脈沖信號等能適應(yīng)不同執(zhí)行機構(gòu)（如方向舵機、副翼舵機、升降舵機、氣道和風(fēng)門舵機等）的控制要求。

（3）利用多個通信信道，分別實現(xiàn)與機載數(shù)據(jù)終端、GPS信號、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)計中使用多串口擴展芯片28C94來擴展8個串口。