CN206946318U - 无人机飞行控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机飞行控制系统，包括第一微处理器、第二微处理器、无线遥控/遥测数据链、控制终端、无人机控制驱动机构和任务载荷，其中，控制终端通过无线遥控/遥测数据链分别与第一微处理器和第二微处理器连接；第一微处理器与无人机控制驱动机构连接，第二微处理器与任务载荷连接；第二微处理器与第一微处理器连接。本实用新型采用第一微处理器运行飞行控制程序，实现无人机的飞行姿态控制，采用第二微处理器运行任务控制程序，使无人机的飞行姿态控制程序和执行任务控制程序分别在两个微处理器中运行，能够有效降低整体控制程序的复杂性，简化开发和测试工作，进而降低开发成本。

Description

无人机飞行控制系统

技术领域

本实用新型涉及飞行器控制技术，尤其涉及一种无人机飞行控制系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称无人机，无人机是利用无线电遥控设备和程序控制的不载人飞机，包括无人直升机、固定翼机和多旋翼飞行器等。无人机可以在无人驾驶的条件下完成复杂的空中飞行任务和各种负载任务，用于控制无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等飞行过程的系统称为无人机飞行控制系统。

如图1所示，无人机飞行控制系统包括微处理器1、无线遥控/遥测数据链2、控制终端3、定位装置、惯性传感器5、电子罗盘6、无人机控制驱动机构7和任务载荷。其中，微处理器1用于运行控制飞行姿态和完成任务的控制程序，无线遥控/遥测数据链2用于实现无人机与控制终端3之间的无线通讯，定位装置、惯性传感器5和电子罗盘6用于监测无人机姿态和采集无人机所处的地理位置信息，微处理器1根据定位装置、惯性传感器5和电子罗盘6采集的信息控制无人机控制驱动机构7调整无人机的飞行姿态，任务载荷用于在微处理器1的控制下完成预设任务，如测绘、航拍和巡航等。

但是，由于无人机应用领域的扩展，无人机飞行控制系统从最初仅仅需要控制无人机飞行姿态和位置，到当前需要控制无人机装载各类传感器和载荷并完成数据记录，需要控制的设备和运行的程序复杂程度大大提高，造成控制算法和执行任务时所需要运行的控制程序越来越复杂，导致整体的开发测试成本不断攀升，同时，控制程序复杂程度的提升也增加了控制程序的脆弱性。此外，由于控制程序复杂程度的提升，微处理器需要处理的数据越来越复杂，导致微处理器的数据处理能力的要求越来越高，进一步提升了无人机飞行控制系统整体的成本。

实用新型内容

本实用新型提供的一种无人机飞行控制系统，针对上述问题，将无人机的飞行控制和任务控制分开，采用两个微处理器分别完成基本的飞行控制和执行任务程序，以解决具有单一微处理器的无人机飞行控制系统的开发和测试成本高的问题。

本实用新型提供的一种无人机飞行控制系统，包括：第一微处理器、第二微处理器、无线遥控/遥测数据链、控制终端、无人机控制驱动机构和任务载荷，其中，

所述控制终端通过所述无线遥控/遥测数据链分别与所述第一微处理器和第二微处理器连接；

所述第一微处理器与所述无人机控制驱动机构连接，所述第二微处理器与所述任务载荷连接；

所述第二微处理器与所述第一微处理器连接。

根据本实用新型的一个实施例，还包括定位装置、惯性传感器和电子罗盘，其中，

所述定位装置分别与所述第一微处理器和第二微处理器连接，所述惯性传感器分别与所述第一微处理器和第二微处理器连接，所述电子罗盘分别与所述第一微处理器和第二微处理器连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述定位装置设置为GPS定位装置。

根据本实用新型的一个实施例，所述任务载荷包括光电摄像机、红外成像仪和激光测距仪，所述光电摄像机、红外成像仪和激光测距仪分别与所述第二微处理器连接。

根据本实用新型的一个实施例，还包括定时装置，所述定时装置与所述第一微处理器连接。

本实用新型提供的一种无人机飞行控制系统可以包括以下有益效果：本实用新型中，包括第一微处理器和第二微处理器，其中，采用第一微处理器运行飞行控制程序，实现无人机的飞行姿态控制，采用第二微处理器运行任务控制程序，使无人机的飞行姿态控制程序和执行任务控制程序分别在两个微处理器中运行，能够有效降低整体控制程序的复杂性，简化开发和测试工作，进而降低开发成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为无人机飞行控制系统结构图；

图2为本实用新型实施例提供的无人机飞行控制系统结构图；

图3为本实用新型另一实施例提供的无人机飞行控制系统结构图。

图1至图3中，符号表示：

1-微处理器，2-无线遥控/遥测数据链，3-控制终端，4-GPS定位装置，5-惯性传感器，6-电子罗盘，7-无人机控制驱动机构，8-第一微处理器，9-第二微处理器，10-光电摄像机，11-红外成像仪，12-激光测距仪，13-定时装置。

具体实施方式

参见图2，为本实用新型实施例提供的无人机飞行控制系统结构图，包括：第一微处理器8、第二微处理器9、无线遥控/遥测数据链2、控制终端3、无人机控制驱动机构7和任务载荷，其中，

控制终端3通过无线遥控/遥测数据链2分别与第一微处理器8和第二微处理器9连接，第一微处理器8与无人机控制驱动机构7连接，第二微处理器9与任务载荷连接，第二微处理器9与第一微处理器8连接。

控制终端3通过无线遥控/遥测数据链2分别与第一微处理器8、第二微处理器9连接，无线遥控/遥测数据链2按传输方向可以分为上行链路和下行链路，上行链路与控制终端3连接，用于完成控制终端3到无人机遥控指令的发送和接收无人机传输的遥测数据，下行链路设置于无人机上，用于完成无人机到控制终端3的遥测数据的发送和接收控制终端3发送的遥控指令。

无人机控制驱动机构7在固定翼无人机上包括控制升降、方向和副翼等舵面动作的舵机和控制发动机输出推力的机构；在无人直升机上包括控制主旋翼倾转、主旋翼和尾旋翼总距的舵机和控制发动机功率的控制机构；在多旋翼无人机上，包括控制各个旋翼转速的控制机构。

第二微处理器9与第一微处理器8连接，第一微处理器8仅运行基本飞行程序，通过控制无人机控制驱动机构7调整飞行姿态以及控制无人机返航。第二微处理器9用于运行任务程序，控制无人机完成功能任务，并不直接控制无人机，而是仅根据任务的需要，通过控制信号接口向第一微处理器8发送控制指令，由第一微处理器8完成无人机的飞行控制。

控制终端3和第二微处理器9采用预先设定的数据格式发送控制指令，控制终端3发送的控制指令具有最高优先级，第一微处理器8在同时受到多条控制指令时，将按照优先级执行控制指令。

第二微处理器9在正常运行时，单方向定期向第一微处理器8发送活动保持指令，当第一微处理器8超过预定时间未收到活动保持指令时，将判断第二微处理器9运行异常，此时第一微处理器8控制无人机控制驱动机构7使无人机返航。

为了便于第一微处理器8和第二微处理器9能够精准控制无人机完成飞行控制和执行任务，本实用新型实施例提供的无人机飞行控制系统还包括定位装置、惯性传感器5和电子罗盘6，其中，定位装置分别与第一微处理器8和第二微处理器9连接，惯性传感器5分别与第一微处理器8和第二微处理器9连接，电子罗盘6分别与第一微处理器8和第二微处理器9连接，定位装置可采用GPS定位装置。

第一微处理器8可以采用开源的APM飞行控制系统芯片，正常状态下第一微处理器8始终工作在自稳模式。第二微处理器9可以采用32位的ARMCortex-M3单片机，用于运行任务程序。第一微处理器8和第二微处理器9可以通过RS485串口通信协议共享来自GPS定位装置采集的位置信息，以及来自惯性传感器5和电子罗盘6采集的飞行姿态信息。第二微处理器9的控制指令以航点的形式通过MAVlink协议发往第一微处理器8，控制终端3的控制信号通过无线遥控/遥测数据链2之间的SBUS总线接入第一微处理器8和第二微处理器9。

参见图3，为本实用新型另一实施例提供的无人机飞行控制系统结构图，任务载荷可根据无人机执行任务的需要设置为光电摄像机10、红外成像仪11和激光测距仪12，且光电摄像机10、红外成像仪11和激光测距仪12分别与第二微处理器9连接，用于无人机完成测绘、航拍和定点巡航等任务。

此外，本实用新型实施例提供的无人机飞行控制系统还包括定时装置13，定时装置13与第一微处理器8连接，用于精准监测第二微处理器9向第一微处理器8发送活动保持指令的时间间隔。

第二微处理器9在执行任务程序时根据GPS定位装置4采集的位置信息以及预先规划的任务点计算当前无人机的位置与下一个任务点之间的偏差，并根据导航算法计算出所需的飞行指令，然后第二微处理器9将该飞行指令发往第一微处理器8。而当第二微处理器9出现问题停止运行或运行异常时，控制终端3通过无线遥控/遥测数据链2向第一微处理器8发送最高优先级的返航指令，第一微处理器8控制无人机控制驱动机构7使无人机返航。

综上所述，本实用新型实施例提供的无人机飞行控制系统采用两个微处理器分别运行飞行控制程序和任务控制程序，使系统整体的软件和硬件要求得到极大简化，并提高了运行可靠性。采用这种结构划分能够以现有成熟的飞行控制系统的软件和硬件作为基础，通过开发用于任务控制的微处理器以及执行的任务程序来扩展无人机飞行控制系统的功能。此外，本实用新型中，用于运行任务程序的第二微处理器9在测试和运行过程中如果出现错误或故障，第一微处理器8会控制无人机控制驱动机构7使无人机返航，不影响无人机的整体安全。同时，在使用过程中，两个微处理器分别运行飞行控制程序和任务控制程序也能够避免越来越复杂的任务控制程序导致整体无人机飞行控制系统可靠性降低的问题，降低开发和测试的风险。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种无人机飞行控制系统，其特征在于，包括：第一微处理器(8)、第二微处理器(9)、无线遥控/遥测数据链(2)、控制终端(3)、无人机控制驱动机构(7)和任务载荷，其中，

所述控制终端(3)通过所述无线遥控/遥测数据链(2)分别与所述第一微处理器(8)和第二微处理器(9)连接；

所述第一微处理器(8)与所述无人机控制驱动机构(7)连接，所述第二微处理器(9)与所述任务载荷连接；

所述第二微处理器(9)与所述第一微处理器(8)连接。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括定位装置、惯性传感器(5)和电子罗盘(6)，其中，

所述定位装置分别与所述第一微处理器(8)和第二微处理器(9)连接，所述惯性传感器(5)分别与所述第一微处理器(8)和第二微处理器(9)连接，所述电子罗盘(6)分别与所述第一微处理器(8)和第二微处理器(9)连接。

3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述定位装置设置为GPS定位装置(4)。

4.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述任务载荷包括光电摄像机(10)、红外成像仪(11)和激光测距仪(12)，所述光电摄像机(10)、红外成像仪(11)和激光测距仪(12)分别与所述第二微处理器(9)连接。

5.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括定时装置(13)，所述定时装置(13)与所述第一微处理器(8)连接。