CN106383481A - 一种基于双处理器架构的飞行控制板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双处理器架构的飞行控制板，包括飞控传感器、遥控信号接收单元、无线数传单元、执行机构、第一处理器、第二处理器和双口RAM。第一处理器和第二处理器分别连接双口RAM的两个端口。飞控传感器、遥控信号接收单元和无线数传单元连接第一处理器。第二处理器与执行机构相连。第一处理器通过中断的方式获取实时数据进行相应的处理，并将飞控所需的实时数据存入双口RAM中。第二处理器根据双口RAM中所存储的飞控所需的实时数据进行计算，然后计算得到的各个旋翼电机的控制数据通过执行机构分配至相应的旋翼电机。本发明通过将飞控数据的计算分配至一个专用的处理器中，提高飞行器的稳定性和可靠性。

Description

一种基于双处理器架构的飞行控制板

技术领域

本发明涉及无人机的飞行控制。

背景技术

无人机的飞行控制由飞行控制板完成。飞行控制板上安装有处理器。无人机的处理器需要完成航姿参考系统数据和GPS数据的采集，实时解算姿态信息和位置信息，还要完成控制律的解算以及和地面测控站数据的交互。也就是说无人机处理器的数据处理量很大。而另一方面，无人机对于数据处理的实时性要求非常高。比如，无人机要求能够实时相应遥控器发出的指令，对于异常飞行环境而产生的异常飞行姿态，无人机能够做到及时的响应并做出及时的补救处理。无人机稳定而可靠地飞行绝大部分依赖于处理器的处理能力。处理器处理能力的不足容易出现由于处理器数据处理不够及时，导致无人机不能及时响应外部异常环境的变化，导致飞行器坠毁。现有技术中，飞行控制板通常采用单处理器架构。但绝大多数的处理器无法胜任无人机飞行的高稳定性和高可靠性要求。

发明内容

本发明所要解决的问题：提高无人机处理器的数据处理能力和响应的实时性，从而满足无人机飞行的高稳定性和高可靠性的要求。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，包括飞控传感器、遥控信号接收单元、无线数传单元、执行机构、第一处理器、第二处理器和双口RAM；所述第一处理器和第二处理器分别连接所述双口RAM的两个端口；所述飞控传感器、遥控信号接收单元和无线数传单元连接所述第一处理器；所述第二处理器与所述执行机构相连；所述第一处理器通过中断的方式获取实时数据进行相应的处理，并将飞控所需的实时数据存入所述双口RAM中；所述第二处理器根据所述双口RAM中所存储的飞控所需的实时数据进行计算，然后计算得到的各个旋翼电机的控制数据通过所述执行机构分配至相应的旋翼电机。

进一步，所述飞控传感器包括航姿参考系统单元、卫星定位单元和高度计。

进一步，还包括电压检测单元；所述电压检测单元连接所述第一处理器。

进一步，所述第一处理器和第二处理器通过双口控制单元分别连接所述双口RAM的两个端口；所述双口控制单元用于使得所述第一处理器和第二处理器将数据存入所述双口RAM时避免同一地址同时存入。

进一步，所述第一处理器采用STM32；所述第二处理器采用DSP28335。

本发明的技术效果如下：本发明通过将飞控数据的计算分配至一个专用的第二处理器中，使得飞控数据的计算能够实时持续而不间断，从而保证了处理器对飞行器的实时控制，提高飞行器的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中的双处理器和双口RAM的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种基于双处理器架构的飞行控制板，是一种应用于旋翼式无人机的飞行控制板，包括飞控传感器、遥控信号接收单元31、无线数传单元32、执行机构33、电压检测单元24、第一处理器11、第二处理器12和双口RAM13。其中飞控传感器包括航姿参考系统单元21、卫星定位单元22和高度计23。航姿参考系统单元21也就是图1中的AHRS。卫星定位单元22也就是图1中GPS。无线数传单元32也就是图1中数据通讯。航姿参考系统单元21、卫星定位单元22、高度计23、电压检测单元24、遥控信号接收单元31和无线数传单元32连接第一处理器。第一处理器11和第二处理器12分别连接双口RAM的两个端口。第二处理器12连接执行机构33。执行机构33用于连接旋翼电机。

第二处理器12只负责飞控数据的计算，而第一处理器11负责除了飞控数据计算之外的运算处理。飞控数据的计算也就是第二处理器12根据双口RAM13中所存储的飞控所需的实时数据进行计算，然后计算得到的各个旋翼电机的控制数据通过执行机构33分配至相应的旋翼电机。而双口RAM13中所存储的飞控所需的实时数据则是由第一处理器11通过中断的方式获取实时数据进行相应的处理后，将飞控所需的实时数据存入双口RAM13中。

本实施例中，航姿参考系统单元21采用由荷兰XSENS公司生产的型号为MTi-300的AHRS传感器。该AHRS传感器内部设有三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁强计和温度传感器，用于向第一处理器11提供实时温度、俯仰角、滚转角和航向角等数据。

本实施例中，卫星定位单元22采用北京和芯星通的UB240双系统四频高精度OEM板卡。该板卡同时支撑北斗卫星定位和GPS卫星定位，用于提供卫星定位数据。

本实施例中，高度计23采用的是型号为MS5611的高分辨率气压传感器。高分辨率气压传感器输出的气压值经过温度补偿后，可转换为相应的高度值。也就是，本实施例的高度计23实际上是气压计，输出气压值。然后第一处理器11根据气压值和实时温度计算出相应的高度值。

电压检测单元24用于采样供电电压。第一处理器11根据采样的电压判断电池电力是否充足，当电力不足时向地面工作站预警。

遥控信号接收单元31用于捕获遥控器接收机输出的脉宽信号，输入至第一处理器。

无线数传单元32用于和地面工作站进行数据通讯，将地面工作站的控制指令发送给无人机，或者将无人机的飞行状态信息上传至地面工作站，方便对无人机状态进行实时监测。本实施例的无线数传单元2采用Zigbee协议。Zigbee协议是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，为本领域技术人员所熟悉。

本实施例中，第一处理器11采用STM32，第二处理器12采用DSP28335。STM32具有先进的中断处理能力、功能强大的片上外设集、高度集成的存储器和灵活多样的复用接口，使其能够满足不同应用领域的各种需求。DSP28335具有高效的浮点运算能力，并且浮点运算精度高，功耗小。因此，STM32和DSP28335能够分别满足上述的飞行控制板双处理器架构的要求。

作为第一处理器11的STM32处理器和作为第二处理器12的DSP28335处理器与双口RAM的具体连接一般如图2所示。双口RAM采用IDT71321芯片。本实施例的双口RAM的连接方式下，两个处理器通过IDT71321芯片的BUSY输出判断是否能够写入。也就是，当左右两个端口对不同地址单元进行数据存取时，BUSYR和BUSYL都为高电平，表示存储器正常工作。当两个端口同时对同一地址进行数据存取时，请求在前的端口对应的BUSY为高电平，表示允许数据存取，另一个端口对应的BUSY为低，表示禁止数据存取。由于双口RAM内部仲裁逻辑不会使BUSY信号同时为低，这样就可以保证一个对应BUSY为高电平的端口能进行正常存取数据，避免双端口存取数据出现错误。这种实施方式下，软件控制会显得比较困难。为此，本实施例中，如图1所示，第一处理器11和第二处理器12可以通过双口控制单元14连接双口RAM13。双口控制单元14用于使得第一处理器11和第二处理器12将数据存入双口RAM13时避免同一地址同时存入。具体来说，当出现同一地址双端口同时存入同一地址时，双口控制单元14将第一处理器11的数据被存入该地址，而将第二处理器12的数据存储直接拒绝，从而避免冲突保证系统的鲁棒性。飞行控制板本身设计而言，第二处理器12不应该向双口RAM写入数据。

Claims (5)

1.一种基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，包括飞控传感器、遥控信号接收单元、无线数传单元、执行机构、第一处理器、第二处理器和双口RAM；所述第一处理器和第二处理器分别连接所述双口RAM的两个端口；所述飞控传感器、遥控信号接收单元和无线数传单元连接所述第一处理器；所述第二处理器与所述执行机构相连；所述第一处理器通过中断的方式获取实时数据进行相应的处理，并将飞控所需的实时数据存入所述双口RAM中；所述第二处理器根据所述双口RAM中所存储的飞控所需的实时数据进行计算，然后计算得到的各个旋翼电机的控制数据通过所述执行机构分配至相应的旋翼电机。

2.如权利要求1所述的基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，所述飞控传感器包括航姿参考系统单元、卫星定位单元和高度计。

3.如权利要求1所述的基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，还包括电压检测单元；所述电压检测单元连接所述第一处理器。

4.如权利要求1所述的基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，所述第一处理器和第二处理器通过双口控制单元分别连接所述双口RAM的两个端口；所述双口控制单元用于使得所述第一处理器和第二处理器将数据存入所述双口RAM时避免同一地址同时存入。

5.如权利要求1所述的基于双处理器架构的飞行控制板，其特征在于，所述第一处理器采用STM32；所述第二处理器采用DSP28335。