CN106527461A - 一种基于双核处理器的飞行控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于双核处理器的飞行控制系统，其包括用于控制无人机飞行的飞行控制器。飞行控制器在结构上分为主板和底板，主板主要实现无人机飞行姿态数据的解算、控制和存储，底板主要是为整个系统工作提供电源，并向主板提供姿态和高度数据。主板主要由双核处理器、存储单元和接口通信模块组成；底板主要由空压计、惯性导航模块和电源模块组成。双核处理器读取惯性导航模块和空压计的数据，进行飞行姿态数据解算，并通过接口通信模块输出PWM信号控制无人机的电机转速，也能通过接口通信模块接受外部RC信号，实时调整无人机的飞行姿态。存储单元主要是将无人机的飞行运动轨迹数据存储，电源模块为整个系统工作提供电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞行控制系统，尤其涉及一种基于双核处理器的飞行控制系统。
背景技术
飞行控制器软件中涉及到大量的姿态计算和控制算法，现有的无人机飞行控制器大多采用ARM cortex内核构架，ARM处理器的主频低，浮点运算速度慢，无法满足设计要求。
此外，目前市面上的飞行控制器所需的IMU(惯性导航模块)大多都是直接焊接在控制主板上，无法根据实际用途来跟换IMU。对于当前的无人机飞行控制器都是使用2.54mm间距的3pin接插件，飞行控制器飞行中存在高频振动，此接插件由于没有自锁装置，极容易发生接线脱落从而导致飞行器坠毁的危险。
发明内容
基于以上缺陷，本发明的目的是设计一种基于双核处理器的飞行控制系统，其能够快速、准确控制飞行姿态，可根据应用场合灵活更换IMU，接口更安全可靠。
本发明的解决方案是：一种基于双核处理器的飞行控制系统，其包括用于控制无人机飞行的飞行控制器，所述飞行控制器在结构上分为主板和底板，所述主板主要实现无人机飞行姿态数据的解算、控制和存储，所述底板主要是为整个系统工作提供电源，并向所述主板提供姿态和高度数据；所述主板主要由双核处理器、存储单元和接口通信模块组成；所述底板主要由空压计、惯性导航模块和电源模块组成；所述双核处理器读取所述惯性导航模块和所述空压计的数据，进行飞行姿态数据解算，并通过所述接口通信模块输出PWM信号控制所述无人机的电机转速，也能通过所述接口通信模块接受外部RC信号，实时调整所述无人机的飞行姿态；存储单元主要是将所述无人机的飞行运动轨迹数据存储，所述电源模块为整个系统工作提供电源。
作为上述方案的进一步改进，所述主板采用TI双核DSP芯片TMS320F28377D最为整个飞控系统的控制核心，该芯片内部含有两个内核，两个内核之间通过IPC通信方式进行数据交换，彼此相互独立，共用外设；
设计内核一通过SPI接口与所述惯性导航模块连接，读取至少一路IMU数据，进行姿态解算，得到当前的飞行姿态；还设计内核一通过所述接口通信模块与外部GPS设备连接，读取GPS信息，得到当前的航向，进行导航；还设计内核一将航向和姿态信息通过内部IPC通信传送给内核二；
设计内核二通过所述接口通信模块与外部无线通信模块、电调、RC接收机进行连接；解析当前姿态和航向数据，经过与一个RC接收的来自地面的控制命令数据进行对比，将偏差数据转化为PWM信号传递给所述无人机的电机进行姿态和航向的调整；还设计内核二通过SPI接口与所述存储单元连接，将当前姿态信息，航向信息以及来自于地面的指令存储。
作为上述方案的进一步改进，所述底板的IMU使用MPU9250和ADIS16448，通过片选信号来选择芯片，其中ADIS16448使用螺丝固定在底板，通过PCB软板将ADIS16448和底板连接在一起。
作为上述方案的进一步改进，所述空压计使用MS5611芯片，通过I2C接口与所述双核处理器连接。
作为上述方案的进一步改进，所述电源模块使用两路LM46001分别输出5V电源和12V电源提供给所述主板。
作为上述方案的进一步改进，所述空压计输出空气压力数据给所述双核处理器。
进一步地，所述空气压力数据通过IIC通信方式传输给所述双核处理器。
作为上述方案的进一步改进，所述惯性导航模块在硬件PCB设计时，设计了两种精度不同的三轴陀螺仪，能根据应用场合的不同可自由选择。
进一步地，精度较高的度陀螺仪采用软板与所述接口通信模块进行连接。
作为上述方案的进一步改进，所述存储单元将所述无人机的飞行运动轨迹数据存储在flash芯片和SD卡中，将配置数据存储在EEPROM中。
本发明的有益效果如下：
1.本发明采用TI双核DSP，每个核的主频为200MHZ，处理速度为ARM cortex架构4倍以上，计算速度快，精度更高，硬件设计走线简单，所占PCB板空间小；
2.可替换IMU，根据实际需要选择IMU，灵活性高，适用范围广；
3.使用微矩形连接器，比传统的2.54mm间距更省空间，更加牢靠，安全。
附图说明
图1为本发明的基于双核处理器的飞行控制系统硬件结构框图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
请参阅图1，本发明的基于双核处理器的飞行控制系统主要用于控制无人机的飞行，其包括用于控制无人机飞行的飞行控制器。飞行控制器在结构上分为主板和底板，主板主要实现无人机飞行姿态数据的解算、控制和存储，底板主要是为整个系统工作提供电源，并向所述主板提供姿态和高度数据。
主板主要由双核处理器、存储单元和接口通信模块组成；底板主要由空压计、惯性导航模块和电源模块组成。双核处理器读取所述惯性导航模块和所述空压计的数据，进行飞行姿态数据解算，并通过所述接口通信模块输出PWM信号控制所述无人机的电机转速，也能通过所述接口通信模块接受外部RC信号，实时调整所述无人机的飞行姿态；存储单元主要是将所述无人机的飞行运动轨迹数据存储，所述电源模块为整个系统工作提供电源。
本发明的设计要点之一在于所述主板采用TI双核DSP芯片TMS320F28377D最为整个飞控系统的控制核心。该芯片内部含有两个内核，两个内核之间通过IPC通信方式进行数据交换，彼此相互独立，共用外设。基于TI双核DSP芯片TMS320F28377D，对整个飞行控制系统进行不停的研发与调试。
首先，设计内核一通过SPI接口与所述惯性导航模块连接，读取至少一路IMU数据，进行姿态解算，得到当前的飞行姿态；其次，还设计内核一通过所述接口通信模块与外部GPS设备连接，读取GPS信息，得到当前的航向，进行导航；接着，还设计内核一将航向和姿态信息通过内部IPC通信传送给内核二。
之后，设计内核二通过所述接口通信模块与外部无线通信模块、电调、RC接收机进行连接；解析当前姿态和航向数据，经过与一个RC接收的来自地面的控制命令数据进行对比，将偏差数据转化为PWM信号传递给所述无人机的电机进行姿态和航向的调整；最后，还设计内核二通过SPI接口与所述存储单元连接，将当前姿态信息，航向信息以及来自于地面的指令存储。
底板的IMU使用MPU9250和ADIS16448，通过片选信号来选择芯片，其中ADIS16448使用螺丝固定在底板，通过PCB软板将ADIS16448和底板连接在一起。空压计使用MS5611芯片，通过I2C接口与所述双核处理器连接。电源模块使用两路LM46001分别输出5V电源和12V电源提供给所述主板。
双核处理器读取惯性导航模块和空压计的数据，进行飞行姿态数据解算，并通过接口通信模块输出PWM信号控制电机转速，也可通过接口通信模块接受RC信号，实时调整飞行姿态。
存储单元主要是将无人机的飞行运动轨迹数据存储在flash芯片和SD卡中，将配置数据存储在EEPROM中。
接口通信模块主要是实现外部设备与飞行控制器间进行数据交换，接收遥控器的RC信号实现对无人机的远程遥控，接收外部GPS设备的航向数据，输出飞行数据给外部的无线传输模块将数据发送给远程接收端，输出PWM信号实时控制各电机运转。
空压计输出空气压力数据并通过IIC通信方式传输给双核处理器。电源模块为整个飞行控制系统提供工作电源。
惯性导航模块输出姿态数据，在硬件PCB设计时，设计了两种精度不同的三轴陀螺仪，根据应用场合的不同可自由选择；高精度陀螺仪的采用软板与接口进行连接，方便拆卸、更换。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于双核处理器的飞行控制系统，其包括用于控制无人机飞行的飞行控制器，其特征在于：所述飞行控制器在结构上分为主板和底板，所述主板主要实现无人机飞行姿态数据的解算、控制和存储，所述底板主要是为整个系统工作提供电源，并向所述主板提供姿态和高度数据；所述主板主要由双核处理器、存储单元和接口通信模块组成；所述底板主要由空压计、惯性导航模块和电源模块组成；所述双核处理器读取所述惯性导航模块和所述空压计的数据，进行飞行姿态数据解算，并通过所述接口通信模块输出PWM信号控制所述无人机的电机转速，也能通过所述接口通信模块接受外部RC信号，实时调整所述无人机的飞行姿态；存储单元主要是将所述无人机的飞行运动轨迹数据存储，所述电源模块为整个系统工作提供电源。
2.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述主板采用TI双核DSP芯片TMS320F28377D最为整个飞控系统的控制核心，该芯片内部含有两个内核，两个内核之间通过IPC通信方式进行数据交换，彼此相互独立，共用外设；
设计内核一通过SPI接口与所述惯性导航模块连接，读取至少一路IMU数据，进行姿态解算，得到当前的飞行姿态；还设计内核一通过所述接口通信模块与外部GPS设备连接，读取GPS信息，得到当前的航向，进行导航；还设计内核一将航向和姿态信息通过内部IPC通信传送给内核二；
设计内核二通过所述接口通信模块与外部无线通信模块、电调、RC接收机进行连接；解析当前姿态和航向数据，经过与一个RC接收的来自地面的控制命令数据进行对比，将偏差数据转化为PWM信号传递给所述无人机的电机进行姿态和航向的调整；还设计内核二通过SPI接口与所述存储单元连接，将当前姿态信息，航向信息以及来自于地面的指令存储。
3.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述底板的IMU使用MPU9250和ADIS16448，通过片选信号来选择芯片，其中ADIS16448使用螺丝固定在底板，通过PCB软板将ADIS16448和底板连接在一起。
4.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述空压计使用MS5611芯片，通过I2C接口与所述双核处理器连接。
5.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述电源模块使用两路LM46001分别输出5V电源和12V电源提供给所述主板。
6.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述空压计输出空气压力数据给所述双核处理器。
7.按照权利要求6所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述空气压力数据通过IIC通信方式传输给所述双核处理器。
8.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述惯性导航模块在硬件PCB设计时，设计了两种精度不同的三轴陀螺仪，能根据应用场合的不同可自由选择。
9.按照权利要求8所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：精度较高的度陀螺仪采用软板与所述接口通信模块进行连接。
10.按照权利要求1所述的基于双核处理器的飞行控制系统，其特征在于：所述存储单元将所述无人机的飞行运动轨迹数据存储在flash芯片和SD卡中，将配置数据存储在EEPROM中。
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