CN202939490U

CN202939490U - 无人机自动驾驶仪

Info

Publication number: CN202939490U
Application number: CN 201220643382
Authority: CN
Inventors: 邢赢; 宋晓明; 韩桂琴; 佟霞; 齐欣; 褚玲玲
Original assignee: Shenyang Aerospace Chinatoprs Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Shenyang ZC-UAV Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-29

Abstract

本实用新型涉及一种无人机自动驾驶仪，其包括驾驶仪硬件板，硬件板上设有电源接口及外部转接线，内部设置双CPU、姿态传感器组及伺服机构，CPU包括第一微处理器和第二微处理器,第一微处理器设有飞行控制模块，第二微处理器设有计算飞行器姿态信息的姿态解算模块；姿态传感器组的测量信号经传感器外围电路处理后，经A/D转换器转换为数字信号后输入到第二微处理器,第二微处理器对飞机姿态参数进行解算之后传送给第一微处理器，第一微处理器将控制指令送往伺服机构。本实用新型提高了自动驾驶仪的数据处理速度和控制响应速度，采用内置传感器进行姿态测量有利于多传感器数据的融合和优化，并可测得飞行器的全姿态信息。

Description

无人机自动驾驶仪

技术领域

本实用新型涉及一种自动驾驶仪，尤其涉及一种无人机自动驾驶仪，特别适用于小型无人机。

背景技术

无人机作为自动化导航技术应用的一个高端产品，代表了自动化导航技术及其应用的发展前沿。

自动驾驶仪是无人机的“大脑”，无人机的几乎所有动作都要依靠它来控制完成，因此，自动驾驶仪无疑是无人机的组成核心，更是无人机控制技术的研究核心。要进行无人机自动驾驶仪的设计研究，必须设计一个飞行系统硬件板，在此基础上进行调试开发，最终安装在无人机上。

目前，能在小型无人机上成功运行的自动驾驶仪种类较少，主要存在数据处理速度和控制响应速度慢的问题，而且飞行不稳定。

发明内容

本实用新型针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种无人机自动驾驶仪，解决了现有技术中无人机自动驾驶仪数据处理速度和控制响应速度慢的问题，而且飞行稳定。

本实用新型的技术方案如下：

包括驾驶仪硬件板，硬件板上设有电源接口及外部转接线；硬件板上设置双CPU、姿态传感器组及伺服机构，CPU包括第一微处理器和第二微处理器,第一微处理器设有飞行控制模块，第二微处理器设有计算飞行器姿态信息的姿态解算模块；姿态传感器组的测量信号经传感器外围电路处理后，经A/D转换器转换为数字信号后输入到第二微处理器,第二微处理器对飞机姿态参数进行解算之后，通过内部SPI接口将数据传送给第一微处理器，第一微处理器将控制指令送往伺服机构。

所述的第一微处理器与第二微处理器通过驾驶仪内部数据总线连接，第一微处理器与第二微处理器外部均设置JTAG调试接口。

所述的第一微处理器为ATMEL公司的AVR单片机，ATmega128单片机内置128KB Flash程序存储器的在线可编程8位微控制器。

所述的第一微处理器连接有GPS模块和3轴电子罗盘。

所述的第二微处理器为周立功ARM7系列的LPC2138单片机。

所述的姿态传感器组包括三轴陀螺及加速度计、空速传感器、压力传感器。

所述的伺服机构包括升降舵机、油门舵机、副翼舵机、方向舵机。

本实用新型的优点效果如下：

1、双CPU分工协作，具备超强的处理能力，并集成3轴MEMS加速度计、速率陀螺、高灵敏度GPS、数字气压高度计、空速传感器、上下行通讯接口、伺服机构等组成，采用16位AD进行传感器采集，数据精度高；支持襟翼、V尾、飞翼、襟副翼混合；可内置3轴电子罗盘，支持3轴云台控制。

2、本飞控系统主要完成的功能有：与伺服机构构成闭环回路，保证飞机沿着规定航迹飞行，根据地面站控制指令的变化，保证飞机稳定飞行，接受地面数据，同时向地面站发送遥测信息，实时采集飞行试验数据，并存储。

3、本实用新型自动驾驶仪提高了自动驾驶仪的数据处理速度和控制响应速度，采用内置传感器进行姿态测量有利于多传感器数据的融合和优化，并可测得飞行器的全姿态信息。

附图说明

图1为本实用新型原理示意框图。

图2为本实用新型硬件板结构正面示意框图。

图3为本实用新型自动驾驶仪与飞机组成的闭环系统示意框图。

具体实施方式

以下参照附图，结合具体实施例，详细描述本实用新型。

实施例

如图2所示，包括驾驶仪硬件板，硬件板上设有电源接口、外部转接线、双CPU、姿态传感器组及伺服机构，CPU包括第一微处理器和第二微处理器,第一微处理器设有飞行控制模块，第二微处理器设有计算飞行器姿态信息的姿态解算模块；姿态传感器组的测量信号经传感器外围电路处理后，经A/D转换器转换为数字信号后输入到第二微处理器,第二微处理器对飞机姿态参数进行解算之后，通过内部SPI接口将数据传送给第一微处理器，第一微处理器将控制指令送往伺服机构，采用16位AD进行传感器采集。

所述的第一微处理器与第二微处理器通过驾驶仪内部数据总线连接，第一微处理器与第二微处理器外部均设置JTAG调试接口；第一微处理器为ATMEL公司的AVR单片机，ATmega128单片机内置128KB Flash程序存储器的在线可编程8位微控制器，所述的第一微处理器连接有GPS模块和3轴电子罗盘；第二微处理器为周立功ARM7系列的LPC2138单片机，所述的第二微处理器连接有A/D数模转换器及缓存器。

所述的伺服机构包括升降舵机、油门舵机、副翼舵机、方向舵机；硬件板上设有油门数据接口、转速数据接口、开伞数据接口、云台数据接口、接收机数据接口、副翼数据接口、电台数据接口、升降数据接口、方向数据接口、拍照数据接口及RS232数据接口。

如图1所示，本实用新型控制系统包括以下模块，微处理器控制模块、惯性测量单元模块、GPS接收模块、高度传感器模块、姿态信号采集转换模块、JTAG调试模块、控制转换模块、遥控接收器模块以及四个分别控制主翼、侧翼的舵机。

自动驾驶仪与飞机组成的闭环系统如图3所示，本实用新型自动驾驶仪飞行过程中，飞机偏离原始状态，敏感元件感受到偏离方向和大小，并输出相应信号，经放大、计算处理，操纵舵机等执行机构，使升降舵面等控制面相应偏转。由于整个系统是按负反馈原则连接的，其结果是使飞机趋向原始状态。当飞机回到原始状态时，敏感元件输出信号为零，舵机以及与其相连接的舵面也回原位，飞机重新按原始状态飞行。

自动驾驶仪与飞机组成一个回路。这个回路的主要功能是稳定飞机的姿态，或者说稳定飞机的角运动。敏感元件用来测量飞机的姿态角，由于该回路包含飞机，而飞机的动态特性又随飞行条件（如速度、高度等）而异。放大计算装置对各个传感器信号的综合计算，即控制规律应满足各个飞行状态的要求，并可以设置成随飞行条件变化的增益程序。

该自动驾驶仪采用某型号无人机进行试验飞行，实现了对无人机飞行时的各项基本操作，飞行过程中，该自动驾驶仪的GPS模块定位准确，无丢星现象；遥控模式下，所有的遥控通道控制均正常工作，正确切入自动模式下，能够实时上传指令，飞机可以按照预先设定的航线飞行，地面站上显示的偏航、滚转、俯仰姿态角及高度均在正常的范围内变化。

Claims

1.无人机自动驾驶仪，包括驾驶仪硬件板，硬件板上设有电源接口及外部转接线；其特征在于硬件板上设置双CPU、姿态传感器组及伺服机构，CPU包括第一微处理器和第二微处理器,第一微处理器设有飞行控制模块，第二微处理器设有计算飞行器姿态信息的姿态解算模块；姿态传感器组的测量信号经传感器外围电路处理后，经A/D转换器转换为数字信号后输入到第二微处理器,第二微处理器对飞机姿态参数进行解算之后，通过内部SPI接口将数据传送给第一微处理器，第一微处理器将控制指令送往伺服机构。

2.根据权利要求1所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的第一微处理器与第二微处理器通过驾驶仪内部数据总线连接，第一微处理器与第二微处理器外部均设置JTAG调试接口。

3.根据权利要求1或2所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的第一微处理器为ATMEL公司的AVR单片机，ATmega128单片机内置128KB Flash程序存储器的在线可编程8位微控制器。

4.根据权利要求3所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的第一微处理器连接有GPS模块和3轴电子罗盘。

5.根据权利要求1或2所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的第二微处理器为周立功ARM7系列的LPC2138单片机。

6.根据权利要求1所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的姿态传感器组包括三轴陀螺及加速度计、空速传感器、压力传感器。

7.根据权利要求1所述的无人机自动驾驶仪，其特征在于所述的伺服机构包括升降舵机、油门舵机、副翼舵机、方向舵机。