基于586-Engine的无人机飞行控制器设计

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  •   引言

      在无人机飞行控制系统中,飞行控制器是其核心部件,它负责飞行控制系统信号的采集、控制律的解算、飞机的姿态和速度,以及与地面设备的通讯等工作。

      随着无人机越来越广泛的应用,它所完成的任务也越来越复杂,对无人机的机动性要求也越来越高,这就要求无人机的控制核心向高集成度和小型化方向发展。

      本文以586-Engine嵌入式芯片为核心,设计了某型无人机的飞行控制器,详细介绍了系统的硬件结构和相应的软件流程,并给出了仿真实验结果。

      586-Engine嵌入式芯片的性能特点

      586-Engine是TERN公司的基于AMD Elan SC520处理器的微控制模块,具有高可靠性、结构紧凑以及低功耗等特点,它同时具有功能强大的调试软件。586-Engine的主要参数指标如下:

      (1)CPU为32位AMD Elan SC520,主频为133MHz;

      (2)具有高性能的浮点运算单元,支持正弦、正切、对数等复杂运算,非常适合需要复杂运算的应用。

      (3)配置512KB的SRAM,512KB的Flash,114字节内部RAM;

      (4)支持15个外部中断。共有7个定时器,包括一个可编程内部定时器,提供3个16位内部定时器和3个16位GP定时器,再加上一个软件定时器。这些定时器支持外部事件的计时和计数。软件定时器提供微秒级的硬件时间基准。

      (5)提供32路可编程I/O,2个UART。共有19路12位A/D输入,包括11路ADC串行输入和8路并行ADC,转换频率为300kHz;6路D/A输出,包括2个串行输出DAC和4个输出并行12位DAC,转换频率为200kHz。

      (6)工作温度为-40℃~80℃,尺寸为91.4mm×58.4mm×7.6mm。

      飞行控制器硬件设计

      该型无人机是为海军野战部队提供通讯中继用途的中型轮式无人机,其飞行控制器是一个单独装箱的小型航空机载电子设备,由DC/DC直流电源变换板、计算机主机板、模拟量通道板、开关量通道板和舵机控制板组成,全部模板通过母板上的总线方式连接,以减小尺寸,提高集成度。飞行控制器硬件结构如图1 所示,实物图如图2所示。

      下面详细介绍飞行控制器的数据采集、信息传输、控制量输出等问题。

      (1)串口扩展

      由图1可知,该飞行控制器需要与GPS、磁航向计和无线电高度表等进行通讯,共需5个串口。而586-Engine主板只提供2个串口,分别供地面检测和测控电台使用,因此需要进行串口扩展。串口扩展电路如图3所示。

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