CN108427323A - 一种无人机半实物仿真操作控制装置 - Google Patents

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张明义
黄克明
张罗政
濮娜
李晓明
王涛
刘发磊
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Abstract

本发明公开了一种无人机半实物仿真操作控制装置，包括指令输入模块、键鼠切换模块、数据处理模块、通信模块、供电模块、模拟量输入接口以及壳体；键鼠切换模块接收数据处理模块发送的切换指令；指令输入模块、模拟量输入接口分别接收飞行操作指令中的开关指令和遥调指令，并发送至数据处理模块进行处理编码，再通过通信模块将飞行操作指令发送至相应的控制计算机。本发明采集操作人员操作指令数据，识别后进行编码处理，并传送至控制计算机，对无人机仿真模型进行控制，实现人机交互的半实物仿真飞行操作训练功能。

Description

一种无人机半实物仿真操作控制装置
技术领域
本发明涉及一种半实物仿真控制装置，特别是一种无人机半实物仿真操作控制装置。
背景技术
无人机作为高技术新型装备，系统组成复杂、价格昂贵、专业性强，实装飞行操作训练组织协调难度高，人力、物力和财力消耗大，加之受到环境和空域的制约，风险较高。尤其是随着无人机技术快速发展，无人机的类型、数量不断增多，完全依靠实装飞行难以满足无人机飞行操作训练的现实需求。
无人机半实物仿真系统是开展无人机飞行操作训练与科研的重要平台。具有模拟飞行功能的无人机半实物仿真系统是替代无人机实际装备进行飞行操作训练的有效手段。借助计算机建模与仿真等技术，创建一个逼真的仿真飞行训练环境，操作人员通过半实物仿真设备进行飞行操作训练，熟悉系统操作流程，可丰富无人机飞行训练手段，提高训练质量。
无人机半实物仿真系统中飞行动力学数学模型、无人机模型、仿真环境模型、外干扰模型等都在仿真控制计算机上运行解算，通过人机交互操作进行干预，包括飞行器控制操作、任务设备控制操作、环境变化操作和故障设置操作等。但人工操作指令复杂，按键数量较多，由于控制计算机接口数量和类型的限制，操作指令无法直接输入到控制计算机，极大的影响人工操作对无人机模型的干预能力。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种无人机半实物仿真操作控制装置，采集操作人员操作指令数据，识别后进行编码处理，并传送至控制计算机，对无人机仿真模型进行控制，实现人机交互的半实物仿真飞行操作训练功能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：包括指令输入模块、键鼠切换模块、数据处理模块、通信模块、供电模块、模拟量输入接口以及壳体；所述模拟量输入接口接入数据处理模块，数据处理模块分别与指令输入模块、通信模块、键鼠切换模块双向连接，所述供电模块为指令输入模块提供5V电压、为数据处理模块提供3.3V电压；所述通信模块通过USB口与控制计算机连接，所述供电模块的输入电压通过所述USB口从控制计算机获得；所述键鼠切换模块接收数据处理模块发送的切换指令；所述指令输入模块、模拟量输入接口分别接收飞行操作指令中的开关指令和遥调指令，并发送至数据处理模块进行处理编码，再通过通信模块将飞行操作指令发送至相应的控制计算机。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述供电模块通过USB口从控制计算机中获取5V直流电压，再通过LDO降压得到5V和3.3V电压提供给指令输入模块和数据处理模块。无需另外的开关电源给控制装置供电。但是控制计算机USB口的供电电流是有限制的，均流500mA，峰值1000mA，因此，本设计中通过优化电路设计和合理的元器件选型有效地降低了功耗，把采集电路的整体功耗控制在USB正常输出的范围之内。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述通信模块的通信芯片选用PL2303HX。该芯片采用28脚SOIC封装，工作频率为12MHz，符合USB1.1通信协议，波特率支持从75~1228800 bit，有22种波特率可以选择，并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述键鼠切换模块的芯片选用FSUSB11芯片，实现一套键盘和鼠标在两台控制计算机之间切换使用。该芯片集成两路带宽高、信号畸变低的单刀双掷开关（SPDT），符合USB1.1规范，控制端兼容TTL电平。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述指令输入模块选用ZLG7290B作为按键扫描芯片，该芯片支持8×8键盘阵列，最大可扫描64个开关指令，通过I2C串行总线与数据处理模块连接。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述数据处理模块选用STM32F103芯片作为微处理器，该芯片是基于Cortex-M3内核的ARM7处理器，体积小、功耗低、性能稳定，具备在线编程功能，便于调试与升级。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述开关指令由单刀双掷无锁无灯按键产生，包括无人机起飞控制、回收控制、发动机控制、飞行控制、数据链控制、任务设备控制、手控/程控切换控制、环境控制和故障设置等指令，该类指令由指令输入模块接收并扫描识别，发送至数据处理模块处理编码。
所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述遥调指令是操作精密多圈线绕电位器产生的模拟指令信号，该类指令通过模拟量输入接口直接传送到数据处理模块进行处理编码。
本发明的原理是：
键鼠切换模块在两台控制计算机之间进行切换，方便控制不同的仿真模型。数据处理模块是外部控制指令进入控制计算机的桥梁，一方面负责采集外部输入指令信息并进行识别判断，另一方面负责将输入指令信息进行编码处理后，利用通信模块的USB接口将操作指令发送控制计算机。电源模块通过控制计算机的USB接口取电，为本装置的各模块提供稳定电源。装置固定于壳体内，壳体安装操作面板背面。
本发明的优点是：
1、可直接和无人机仿真控制计算机连接，接收操作人员飞行操作指令，控制无人机飞行仿真模型运行。
2、可识别处理的无人机操作控制开关指令包括无人机起飞控制、回收控制、发动机马力类型控制、飞行控制、数据链控制、任务设备控制、手控/程控切换控制、环境控制和故障设置等，输入模块接收并处理操作指令，并可根据实际需要灵活扩展至最大64个开关指令。
3、可识别处理的无人机操作控制遥调指令包括航向控制、天线高低方位控制、发动机马力精细控制等，该类指令是精密多圈线绕电位器产生的模拟信号，可直接传送到数据处理模块进行处理编码。
4、通过USB接口取电，不需要单独的开关电源给控制装置供电。
5、通过USB接口和控制计算机进行通信，连接方便、快捷、可靠。
6、通过键鼠切换模块简化了装置的配置，方便两台控制计算机之间切换。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种无人机半实物仿真操作控制装置，包括指令输入模块1、键鼠切换模块2、数据处理模块3、通信模块4、供电模块5、模拟量输入接口6以及壳体7；所述模拟量输入接口6接入数据处理模块3，数据处理模块3分别与指令输入模块1、通信模块4、键鼠切换模块2双向连接，所述供电模块5为指令输入模块1提供5V电压、为数据处理模块3提供3.3V电压；所述通信模块4通过USB口8与控制计算机连接，所述供电模块5的输入电压通过所述USB口8从控制计算机获得；所述键鼠切换模块2接收数据处理模块3发送的切换指令；所述指令输入模块1、模拟量输入接口6分别接收飞行操作指令中的开关指令和遥调指令，并发送至数据处理模块3进行处理编码，再通过通信模块4将飞行操作指令发送至相应的控制计算机。
供电模块5通过USB口从控制计算机中获取5V直流电压，再通过LDO降压得到5V和3.3V电压提供给指令输入模块和数据处理模块。无需另外的开关电源给控制装置供电。但是控制计算机USB口的供电电流是有限制的，均流500mA，峰值1000mA，因此，本设计中通过优化电路设计和合理的元器件选型有效地降低了功耗，把采集电路的整体功耗控制在USB正常输出的范围之内。
通信模块4的通信芯片选用PL2303HX。该芯片采用28脚SOIC封装，工作频率为12MHz，符合USB1.1通信协议，波特率支持从75~1228800 bit，有22种波特率可以选择，并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位。
键鼠切换模块2的芯片选用FSUSB11芯片，实现一套键盘和鼠标在两台控制计算机之间切换使用。该芯片集成两路带宽高、信号畸变低的单刀双掷开关（SPDT），符合USB1.1规范，控制端兼容TTL电平。
指令输入模块1选用ZLG7290B作为按键扫描芯片，该芯片支持8×8键盘阵列，最大可扫描64个开关指令，通过I2C串行总线与数据处理模块连接。
数据处理模块选用STM32F103芯片作为微处理器，该芯片是基于Cortex-M3内核的ARM7处理器，体积小、功耗低、性能稳定，具备在线编程功能，便于调试与升级。
开关指令由单刀双掷无锁无灯按键产生，包括无人机起飞控制、回收控制、发动机控制、飞行控制、数据链控制、任务设备控制、手控/程控切换控制、环境控制和故障设置等指令，该类指令由指令输入模块接收并扫描识别，发送至数据处理模块处理编码。
遥调指令是操作精密多圈线绕电位器产生的模拟指令信号，该类指令通过模拟量输入接口直接传送到数据处理模块进行处理编码。
如图2所示，装置加电以后进行初始化，和控制计算机建立连接。初始化完成以后，判断是否有键鼠切换指令，并根据指令切换到相应控制计算机。指令接收采取中断方式，如果有操作指令，数据处理模块进行指令处理，并将处理后的指令编码发送到控制计算机，控制无人机仿真模型飞行，指令执行完毕后跳出中断。

Claims (8)

1.一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：包括指令输入模块、键鼠切换模块、数据处理模块、通信模块、供电模块、模拟量输入接口以及壳体；所述模拟量输入接口接入数据处理模块，数据处理模块分别与指令输入模块、通信模块、键鼠切换模块双向连接，所述供电模块为指令输入模块提供5V电压、为数据处理模块提供3.3V电压；所述通信模块通过USB口与控制计算机连接，所述供电模块的输入电压通过所述USB口从控制计算机获得；所述键鼠切换模块接收数据处理模块发送的切换指令，选择所需操作的控制计算机；所述指令输入模块、模拟量输入接口分别接收飞行操作指令中的开关指令和遥调指令，并发送至数据处理模块进行处理编码，再通过通信模块将飞行操作指令发送至相应的控制计算机。
2.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述供电模块通过USB口从控制计算机中获取5V直流电压，再通过LDO降压得到5V和3.3V电压提供给指令输入模块和数据处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述通信模块的通信芯片选用PL2303HX。
4.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述键鼠切换模块的芯片选用FSUSB11芯片，实现一套键盘和鼠标在两台控制计算机之间切换使用。
5.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述指令输入模块选用ZLG7290B作为按键扫描芯片，该芯片支持8×8键盘阵列，最大可扫描64个开关指令，通过I2C串行总线与数据处理模块连接。
6.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述数据处理模块选用STM32F103芯片作为微处理器，该芯片是基于Cortex-M3内核的ARM7处理器。
7.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述开关指令由单刀双掷无锁无灯按键产生，包括无人机起飞控制、回收控制、发动机控制、飞行控制、数据链控制、任务设备控制、手控/程控切换控制、环境控制和故障设置指令，该类指令由指令输入模块接收并扫描识别，发送至数据处理模块处理编码。
8.根据权利要求1所述的一种无人机半实物仿真操作控制装置，其特征在于：所述遥调指令是操作精密多圈线绕电位器产生的模拟指令信号，该类指令通过模拟量输入接口直接传送到数据处理模块进行处理编码。
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