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米点大小的无人机 什么原理做成的?

之前,太平洋电脑网对迷你无人机进行了介绍和报道,然后对无人机售价的一个小调查,发现大家对3000原以下的小型无人机很有购买兴趣,又担心迷你无人机会不安全,这次就给大家了解一下迷你无人飞行器是什么的构造。

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飞控、DSP

在早期的航模飞机的发展过后,无人机的飞控已经拥有了一套完整的计算程序,而随着无人机体积的变小,又对飞控的计算机的精度提出了更高的要求。同时,小型无人机受限于体积的减少,要求对飞控计算机的功耗和体积也提出了很高的要求。

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在众多处理器芯片中,最适合小型飞控计算机CPU的芯片当属TI公司的TMS320LF2407,其运算速度以及众多的外围接口电路很适合用来完成对小型无人机的实时控制功能。

它采用哈佛结构、多级流水线操作,对数据和指令同时进行读取,片内自带资源包括16路10位A/D转换器且带自动排序功能,保证最多16路有转换在同一转换期间进行,而不会增加CPU的开销;40路可单独编程或复用的通用输入/输出通道;5个外部中断;集成的串行通信接口(SCI),可使其具备与系统内其他控制器进行异步(RS 485)通信的能力;16位同步串行外围接口(SPI)能方便地用来与其他的外围设备通信;还提供看门狗定时器模块(WDT)和CAN通信模块。

高通Snapdragon Flight平台

高通Snapdragon Flight平台由高通子公司Qualcomm Technologies打造,参考板大小仅58x40mm,还提供了无人机软件和相关开发工具。可为无人机提供视频、影像捕捉、通讯以及导航方面的支持。

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Snapdragon Flight平台

在续航能力上,高通Snapdragon Flight平台声称可以将续航时间从20分钟提高至1小时以上。Snapdragon Flight平台,内置改良过的骁龙801处理器(Adreno330 GPU),支持4K拍摄,支持快速充电。同时,集成了Qualcomm Hexagon DSP,可为无人机是提供实时控制,还有双频802.11n Wi-Fi、蓝牙4.0、全球导航卫星系统等支持。

 

飞控系统组成模块

飞控系统实时采集各传感器测量的飞行状态数据、接收无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制命令及数据,经计算处理,输出控制指令给执行机构,实现对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控制;同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端,经无线电下行信道发送回地面测控站。

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按照功能划分,该飞控系统的硬件包括:主控制模块、信号调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。

各个功能模块组合在一起,构成飞行控制系统的核心,而主控制模块是飞控系统核心,它与信号调理模块、接口模块和舵机驱动模块相组合,在只需要修改软件和简单改动外围电路的基础上可以满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行管理功能要求,从而实现一次开发,多型号使用,降低系统开发成本的目的。

系统主要功能实现原理

(1)完成多路模拟信号的高精度采集,包括陀螺信号、航向信号、舵偏角信号、发动机转速、缸温信号、动静压传感器信号、电源电压信号等。由于CPU自带A/D的精度和通道数有限,所以使用了另外的数据采集电路,其片选和控制信号是通过EPLD中译码电路产生的。

(2)输出开关量信号、模拟信号和PWM脉冲信号等能适应不同执行机构(如方向舵机、副翼舵机、升降舵机、气道和风门舵机等)的控制要求。

(3)利用多个通信信道,分别实现与机载数据终端、GPS信号、数字量传感器以及相关任务设备的通信。由于CPU自身的SCI通道配置的串口不能满足系统要求,设计中使用多串口扩展芯片28C94来扩展8个串口。

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系统的计算软件

一般的系统软件分为两大部分:逻辑电路芯片EPLD译码电路的程序设计和飞控系统的应用程序设计。
在逻辑电路程序里面,是通过EPLD来控制电路,完成译码和隔离以及为A/D,D/A。该流程的设计采用原理图输入和 VERILOG HDL语言编程的混合设计方式,遵循设计输入→设计实现→设计校验→器件编程的流程。

在飞控系统的应用软件设计方面,按照功能划分为4个模块:时间管理模块、数据采集与处理模块、通信模块、控制律解算模块。

通过时间管理模块在毫秒级时间内对无人机进行实时控制;数据采集模块采集无人机的飞行状态、姿态参数以及飞行参数、飞行状态及飞行参数进行遥测编码并通过串行接口传送至机载数据终端,通过无线数据信道发送到地面控制站进行飞行监控;姿态参数通过软件内部接口送控制律解算模块进行解算,并将结果通过D/A通道送机载伺服系统,控制舵机运行,达到调整、飞机飞行姿态的目的;通信模块完成飞控计算机与其他机载外设之间的数据交换功能。

总结

在无人机逐渐趋向小型化的时代里,高效节能的DSP,是一切运算的保证,同时在运算法则上面,也是限制无人机继续变小的一大原因。随着科技的进步,现在迷你无人机的产品中,有大部分的无人机已相当可靠,即使体积只有手掌的四分之一。(来源:太平洋电脑网)

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