CN112731849A - 一种小型飞控机 - Google Patents

一种小型飞控机 Download PDF

Info

Publication number
CN112731849A
CN112731849A CN202011604157.7A CN202011604157A CN112731849A CN 112731849 A CN112731849 A CN 112731849A CN 202011604157 A CN202011604157 A CN 202011604157A CN 112731849 A CN112731849 A CN 112731849A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
control
data
flight
receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011604157.7A
Other languages
English (en)
Inventor
谢长静
丛晖
沙群
李永
侯沛杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Original Assignee
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA filed Critical China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority to CN202011604157.7A priority Critical patent/CN112731849A/zh
Publication of CN112731849A publication Critical patent/CN112731849A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B64C39/024—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use of the remote controlled vehicle type, i.e. RPV
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/60—Testing or inspecting aircraft components or systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25257—Microcontroller

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种小型飞控机，包括：机体，用于安装控制板和对外接口，控制板，放置在机体内部，设置有传感器，由电源电路提供预设电压，控制板包括处理模块、转换模块和通信模块，处理模块，用于实时完成飞行控制律的运算，接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，根据接收遥控控制指令输出各操纵面PWM控制指令，输出I/O控制信号和DA信号，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，通过所述传感器至少采集总静压、表速和温度数据，对飞行数据进行实时保存记录，该飞控机接口资源丰富，兼容多种类型、总线格式的传感器，功能全面，反馈和控制的实时性强，扩展灵活，可应用于多类小型无人机的飞控系统。

Description

一种小型飞控机
技术领域
本发明属于飞控机技术领域，更具体地，涉及一种小型飞控机。
背景技术
近年来，随着无人机应用普及，在气象监测、航拍测绘、森林防火、灾区搜救及农业等领域中，无人机蕴藏巨大市场潜力。这些领域的应用中需要无人机满足小型化、长续航等要求，面对行的要求，无人机的飞控系统也需要相应的改进，以满足不同领域的应用需要。但现有无人机飞控系统大多为专业设计，兼容性差，不利于小型飞控机的研发和测试需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种小型飞控机，该飞控机兼容多种类型、总线格式的传感器，功能全面、对小型无人机飞控系统的研发和测试提供高效、便捷的开发和测试环境。
为了实现上述目的，本发明提供一种小型飞控机，包括：
机体，用于安装控制板和对外接口；
控制板，放置在机体内部，设置有传感器，由电源电路提供预设电压；
控制板包括处理模块、转换模块和通信模块；
处理模块，用于实时完成飞行控制律的运算，接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，根据接收遥控控制指令输出各操纵面PWM控制指令，输出I/O控制信号和DA信号，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，通过所述传感器至少采集总静压、表速和温度数据，对飞行数据进行实时保存记录；
转换模块，用于将传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号传输给处理模块，将处理模块的输出数字信号转换为模拟电压输出给外围设备，将处理模块输出的数字信号转换为对应电压的I/O信号和PWM信号；
通信模块，用于实现和地面控制器的通信，接收遥控控制指令和和反馈飞行数据；
可选地，所处理模块包括：
FPGA模块，用于传感器的信号采集，各操纵面PWM控制指令、I/O信号和DA信号的控制逻辑输出；
STM32F407模块，用于接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，实时完成飞行控制律的运算，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，对飞行数据进行实时保存记录。
外围模块，用于为FPGA模块和STM32F407模块提供相适应的晶振和电压、程序下载接口和外围电路。
可选地，所转换模块包括：
AD采集模块，用于将外部输入模拟电压转换为数字电压；
DA输出模块，用于将FPGA模块输出的数字电压转换为模拟电压输出；
PWM输出模块，用于将FPGA模块输出的PWM信号转换成所需电平的PWM信号。
可选地，所通信模块包括：
CAN通信模块，用于实现外部的CAN通信；
422通信模块，用于FPGA模块与外部的422串口通信；
无线通信模块，用于接收遥控控制指令和发送遥测数据。
可选地，所传感器包括：
板载温度传感器，用于采集处理模块的温度；
大气压力传感器，用于采集和处理大气数据。
可选地，所处理模块上设有GPS数据接收模块，GPS数据接收模块用于接收和处理GPS数据。
可选地，所处理模块上设有FLASH存储模块，FLASH存储模块用于保存实时飞行数据。
可选地，所FPGA模块上设有RCT时钟。
可选地，处理模块上设有板载LED。
本发明提供一种小型飞控机，其有益效果在于：
1、该飞控机接口资源丰富，兼容多种类型、总线格式的传感器，功能全面，反馈和控制的实时性强，扩展灵活，可应用于多类小型无人机的飞控系统。
2、该飞控机利用建立在芯片STM32F407和FPGA上的嵌入式软件，实现对遥控指令的快速响应和遥测数据的快速实时回传，控制实时性强，扩展灵活，为小型无人机飞控系统的研发和测试提供高效、便捷的开发和测试环境。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种小型飞控机的电路原理框图。
附图标记说明：
1、FPGA模块；2、STM32F407模块；3、422通信模块；4、板载温度传感器；5、CAN通信模块；6、AD采集模块；7、DA输出模块；8、GPS数据接收模块；9、无线通信模块；10、RCT时钟；11、板载LED；12、PWM输出模块。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种小型飞控机的原理框图。
如图1所示，一种小型飞控机，包括：
机体，用于安装控制板和外围接插件；
控制板，放置在所述机体内部，设置有传感器，由电源电路提供预设电压；
所述控制板包括处理模块、转换模块和通信模块；
所述处理模块，用于实时完成飞行控制律的运算，接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，根据接收遥控控制指令输出各操纵面PWM控制指令，输出I/O控制信号和DA信号，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，通过传感器至少采集总静压、表速和温度数据，对飞行数据进行实时保存记录；
所述转换模块，用于将所述传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号传输给所述处理模块，将所述处理模块的输出数字信号转换为模拟电压输出给外围设备，将所述处理模块输出的数字信号转换为对应电压的I/O信号和PWM信号；
所述通信模块，用于实现和地面控制器的通信，接收遥控控制指令和和反馈飞行数据。
具体的，机体安装有各项数据采集使用的传感器，通信模块接收到地面控制器的遥控控制指令，将遥控控制指令传输给处理模块，处理模块根据控制程序运算经遥控控制指令，将遥控控制指令传送给转换模块，转换模块间接收的遥控控制指令转换后传递给处理模块，处理模块处理分析后再通过转换模块转换为对应电压的I/O信号和PWM信号，同时通过转换模块接收各项传感器的采集数据进行运算分析，之后通过通信模块向地面控制器实时反馈飞行数据，方便开发试验测试飞控。
在本实施例中，处理模块包括：
FPGA模块1，用于传感器的信号采集，各操纵面PWM控制指令、I/O信号和DA信号的控制逻辑输出；
STM32F407模块2，用于接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，实时完成飞行控制律的运算，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，对飞行数据进行实时保存记录。
外围模块，用于为FPGA模块1和STM32F407模块2提供相适应的晶振和电压、程序下载接口和外围电路。
具体的，外部可以通过USART实现STM32F407模块2的跳线配置，同时FPGA模块1支持模式跳线，通过SPI或IIC与外部通信交互，并且FPGA模块1设有看门狗，加密数据传输，防止信息错乱、丢失，FPGA模块1和STM32F407模块2通过DMA实现数据交互。
在本实施例中，转换模块包括：
AD采集模块6，用于将外部输入电压转换为数字电压；
DA输出模块7，用于将FPGA模块1输出的数字电压转换为模拟电压输出；
PWM输出模块12，用于将FPGA模块1输出的PWM信号转换成所需电平的PWM信号
具体的，AD采集模块6的型号为AD7606BSTZ，信号经8路模拟输入、滤波及调理经AMP输入AD采集模块6，AD采集模6块将输入电压转换为数字电压输入FPGA模块2；
DA输出模块7的型号为AD5754R，FPGA模块1经DA输出模块7和AMP进行4路DA输出；
PWM输出模块12的型号为ADuM7641，外部数据通过S.BUS协议传输，由反相器进行处理放大后传输给FPGA模块1，FPGA模块1分析执行后将命令通过PWM输出模块12由16路PWM指令输出
在本实施例中，通信模块包括：
CAN通信模块5，用于实现外部的CAN通信；
422通信模块3，用于FPGA模块1与外部的422串口通信；
无线通信模块，用于接收遥控控制指令和发送遥测数据。
具体的，CAN通信模块5的型号为ADM3053，同时输出2路CAN和主路CAN；
422通信模块3的型号为隔离型MAX3160EEAP，通过8路RS422通信接口和外部通信；
无线通信模块9的型号为900MHz/2.4G的NANO920，空中通信速率19.2kbps，通信距离≥50Km，通过TTL串口与STM32F407模块实现数据交换，实现遥测数据的下发和接收遥控指令。
在本实施例中，传感器包括：
板载温度传感器4，用于采集处理模块的温度；
大气压力传感器，用于采集和处理大气数据。
具体的，板载温度传感器4的芯片为TMP1075，实时监控FPGA模块1的温度，温度数据通过SPI接口上传处理模块，同时处理模块根据大气压力传感器实时测算大气数据，采集总静压并解算高度、表速等大气参数，将大气数据和温度数据一同通过通信模块回传地面控制器。
在本实施例中，处理模块上设有GPS数据接收模块8，GPS数据接收模块8用于接收和处理GPS数据。
具体的，处理模块根据GPS数据接收模块8所接收的传感GPS信息解析定位信息，完成实时导航信息的解算GPS。
进一步，GPS数据接收模块8的型号为OEM617D测向GPS板卡，板卡提供两路SMA射频口，定位数据通过CAN总线或可配置LVTTL接口发送至STM32F407模块，同时另一路LVTTL接口伪距、RTK差分码，该板卡2m基线测向精度0.08°，卫星失锁重新捕获时间＜1s，单点L1/L2双频摸下定位精度1.2m，使STM32F407模块通过CAN总线读取GPS数据。
在本实施例中，处理模块上设有FLASH存储模块，FLASH存储模块用于保存实时飞行数据。
具体的，FLASH存储模块的型号为W25N01GV，实时存储飞行数据，方便进行归档存储及查阅。
在本实施例中，FPGA模块1上设有RCT时钟10。
在本实施例中，处理模块上设有板载LED11。
具体的，FPGA模块1和STM32F407模块2均设置有板载LED11，方便进行参数调节。
本实施例的小型飞控机使用时，以测试新飞控程序为例，更新STM32F407模块2和FPGA模块1的内部软件程序，控制飞控机航行，航行过程中控制板通过转换模块、处理模块和通信模块实时接收控制命令和机体的传感器采集的数据，根据接收的控制命令控制机体飞行，并将各项数据和机体状态参数反馈控制员，实现控制指令的快速响应和遥测数据的快速实时回传，方便控制员测试控制软件的各项性能，使小型无人机飞控系统的研发和测试更加方便快捷，实际生产使用时根据客户需求进行增减更换功能，无需再次研发，节约时间，提升效率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种小型飞控机，其特征在于，包括：
机体，用于安装控制板和对外接口；
控制板，放置在所述机体内部，设置有传感器，由电源电路提供预设电压；
所述控制板包括处理模块、转换模块和通信模块；
所述处理模块，用于实时完成飞行控制律的运算，接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，根据接收遥控控制指令输出各操纵面PWM控制指令，输出I/O控制信号和DA信号，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，通过所述传感器至少采集总静压、表速和温度数据，对飞行数据进行实时保存记录；
所述转换模块，用于将所述传感器输出的模拟电压信号转换为数字信号传输给所述处理模块，将所述处理模块的输出数字信号转换为模拟电压输出给外围设备，将所述处理模块输出的数字信号转换为对应电压的I/O信号和PWM信号；
所述通信模块，用于实现和地面控制器的通信，接收遥控控制指令和和反馈飞行数据。
2.根据权利要求1所述的一种小型飞控机，其特征在于，所述处理模块包括：
FPGA模块，用于所述传感器的信号采集，各操纵面PWM控制指令、I/O信号和DA信号的控制逻辑输出；
STM32F407模块，用于接收遥测数据并发送，接收地面遥控指令，实时完成飞行控制律的运算，接收传感GPS信息并解析定位信息，实时完成导航信息的解算，对飞行数据进行实时保存记录。
外围模块，用于为FPGA模块和STM32F407模块提供相适应的晶振和电压、程序下载接口和外围电路。
3.根据权利要求2所述的一种小型飞控机，其特征在于，所述转换模块包括：
AD采集模块，用于将外部输入模拟电压转换为数字电压；
DA输出模块，用于将所述FPGA模块输出的数字电压转换为模拟电压输出；
PWM输出模块，用于将FPGA模块输出的PWM信号转换成所需电平的PWM信号。
4.根据权利要求2所述的一种小型飞控机，其特征在于，所述通信模块包括：
CAN通信模块，用于实现外部的CAN通信；
422通信模块，用于所述FPGA模块与外部的422串口通信；
无线通信模块，用于接收遥控控制指令和发送遥测数据。
5.根据权利要求1所述的一种小型飞控机，其特征在于：所述传感器包括：
板载温度传感器，用于采集所述处理模块的温度；
大气压力传感器，用于采集和处理大气数据。
6.根据权利要求1所述的一种小型飞控机，其特征在于：所述处理模块上设有GPS数据接收模块，所述GPS数据接收模块用于接收和处理GPS数据。
7.根据权利要求1所述的一种小型飞控机，其特征在于：所述处理模块上设有FLASH存储模块，所述FLASH存储模块用于保存实时飞行数据。
8.根据权利要求2所述的一种小型飞控机，其特征在于：所述FPGA模块上设有RCT时钟。
9.根据权利要求1所述的一种小型飞控机，其特征在于：所述处理模块上设有板载LED。
CN202011604157.7A 2020-12-29 2020-12-29 一种小型飞控机 Pending CN112731849A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011604157.7A CN112731849A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种小型飞控机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011604157.7A CN112731849A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种小型飞控机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112731849A true CN112731849A (zh) 2021-04-30

Family

ID=75611701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011604157.7A Pending CN112731849A (zh) 2020-12-29 2020-12-29 一种小型飞控机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112731849A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102360218A (zh) * 2011-10-14 2012-02-22 天津大学 基于arm和fpga的无人直升机导航与飞行控制系统
CN104135214A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 哈尔滨工业大学 飞行仿真转台的嵌入式电机模块化伺服控制器
CN205787904U (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 江苏省宿迁经贸高等职业技术学校 基于stm32的多旋翼无人机飞行控制系统
CN107505833A (zh) * 2017-08-01 2017-12-22 南京理工大学 一种基于嵌入式操作系统的飞行控制系统及方法
CN209581889U (zh) * 2019-02-26 2019-11-05 天津市气象探测中心 一种应用于无人机的机载采集装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102360218A (zh) * 2011-10-14 2012-02-22 天津大学 基于arm和fpga的无人直升机导航与飞行控制系统
CN104135214A (zh) * 2014-08-14 2014-11-05 哈尔滨工业大学 飞行仿真转台的嵌入式电机模块化伺服控制器
CN205787904U (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 江苏省宿迁经贸高等职业技术学校 基于stm32的多旋翼无人机飞行控制系统
CN107505833A (zh) * 2017-08-01 2017-12-22 南京理工大学 一种基于嵌入式操作系统的飞行控制系统及方法
CN209581889U (zh) * 2019-02-26 2019-11-05 天津市气象探测中心 一种应用于无人机的机载采集装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210056048A1 (en) Intelligent bluetooth beacon i/o expansion system
AU2003277772A1 (en) Device for telemonitoring the state of aerial power lines (variants)
CN106341179A (zh) 一种基于通信对抗的无人机地面监控系统
CN105334861A (zh) 一种无人机飞控模块、无人机飞控系统及无人机
CN106210662A (zh) 一种基于无人机的大气污染监测系统及监测方法
CN107505833A (zh) 一种基于嵌入式操作系统的飞行控制系统及方法
CN105021188A (zh) 一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统
CN202853646U (zh) 一种多型号传感器测试装置
CN203433367U (zh) 一种小型无人飞行器超视距无线遥控系统
CN202209986U (zh) 设备状态监测和故障诊断传感装置
CN103529465A (zh) 室内外人员无缝定位装置
CN109634184A (zh) 一种负荷分担式双核飞行控制计算机
CN206155295U (zh) 车辆驾驶警示装置
CN110262550A (zh) 一种无人机空中管控黑匣子系统
CN112731849A (zh) 一种小型飞控机
CN206440662U (zh) 多旋翼无人机通用型大气环境监测吊舱
CN104634386A (zh) 一种智能的航行器系统
CN208508919U (zh) 一种基于车车通讯的实时交通数据多路发射及接收器
CN106444491A (zh) 一种基于can总线的自主移动机器人通信系统
CN209070345U (zh) 一种基于物联网的多传感器制导控制系统
CN209545750U (zh) 带视频输出的隐藏式防疲劳监控器
CN207799469U (zh) 一种基于arm-m3内核芯片的无人机飞行控制系统
CN202728142U (zh) 基于组合定位技术的车载终端
US6628232B1 (en) GPS tracker
CN208172576U (zh) 基于模块化网关装置的物联网车况监控系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210430