CN208796112U - 一种四核无人直升机飞控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种四核无人直升机飞控系统，包括飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元和辅助GPS单元，飞控功能扩展单元用于对时间要求相对不高且采集频率较低的外设和载荷的控制和数据处理；辅助GPS单元用于将低精度GPS数据和磁力计数据进行整合，通过组合导航单元的运算处理达到高精度GPS的使用要求；组合导航单元用于将融合后的数据进行处理获得无人直升机的三轴姿态、位置和速度并发送给飞行控制单元，并接收飞行控制单元的控制数据；飞行控制单元用于控制飞行器各种飞行姿态、动作和动力系统。该系统增加了大量外设接口，提高了传感器扩展能力，把原本复杂的算法计算量分摊到各个处理器并行处理，拥有更强的计算能力。

Description

一种四核无人直升机飞控系统

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别是涉及一种四核无人直升机飞控系统。

背景技术

飞行控制系统是整个无人直升机系统中非常重要的核心系统之一，也是目前无人直升机系统发展的难点之一。目前市场上有许多无人机的飞控系统，如：无人机固定翼飞控、无人机多旋翼飞控、无人机直升机飞控。一般飞控系统的处理器多采用单核系统，随着无人机应用领域的扩展以及科技的发展，现在无人机上搭载的外设和任务载荷越来越多，因此，存在大量的数据处理和运算，现有的单核系统无法满足外设的扩展和数据处理速度。对于不同时间要求和频率要求的载荷的响应也无法做到分开处理，严重影响了无人机的发展。在此基础上提出改进的四核无人直升机飞控系统设计方案，希望能对我国无人直升机飞行系统的设计提供帮助。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种四核无人直升机飞控系统。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种四核无人直升机飞控系统，包括飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元、辅助GPS单元和电源单元，所述飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元和辅助GPS单元形成四核系统，且所述飞控功能扩展单元与飞行控制单元连接，用于对时间要求相对不高且采集频率较低的外设和载荷的控制和数据处理；所述辅助GPS单元与所述组合导航单元连接，用于将低精度GPS数据和磁力计数据进行整合，通过组合导航单元的运算处理达到高精度GPS的使用要求；所述组合导航单元与所述飞行控制单元连接，用于将融合后的数据进行处理获得无人直升机的三轴姿态、位置和速度并发送给飞行控制单元，并接收飞行控制单元的控制数据；所述飞行控制单元用于控制飞行器各种飞行姿态、动作和动力系统；电源单元为各个模块提供不同的工作电源，对不同电压需求的传感器和外设供电。

进一步，所述飞行控制单元包括飞控计算机、超声波测距模块、无线数传通讯模块、转速采集模块、舵机控制模块、主SBUS通信模块、CAN总线载荷模块、RS422总线载荷模块和飞行数据存储模块，所述超声波测距模块用于无人机降落时测量与地面的距离，并将距离数据发送至飞控计算机；所述无线数传通讯模块用于飞控计算机与地面站之间的通讯；所述转速采集模块用于采集无人直升机螺旋桨的转速并发送给飞控计算机；所述飞控计算机输出PWM信号给舵机控制模块，用于控制无人直升机的舵机；所述主SBUS通信模块用于无人直升机的遥控与飞控计算机之间的通讯，用于解析遥控信号；所述CAN总线载荷模块用于控制搭载的CAN通讯载荷；所述RS422总线载荷模块用于控制搭载的RS422通讯的载荷；所述飞行数据存储模块用于实时存储飞控计算机的数据，且断电重启恢复飞控计算机的数据；所述飞控计算机用于对接收的数据进行处理，并根据数据处理的结果发出对应的控制信号。

进一步，所述超声波测距模块和转速采集模块与飞控计算机之间采用IIC通讯；所述无线数传通讯模块与飞控计算机之间采用RS232通讯；所述主SBUS通信模块和RS422总线载荷模块与飞控计算机之间采用UART通讯；所述CAN总线载荷模块与飞控计算机之间采用CAN通讯；所述飞行数据存储模块与飞控计算机之间采用SPI通讯。

由于无人机搭载的外设和载荷各不相同，因此，对其数据的重要程度和实时性的要求也不相同，因此，本实用新型将时间要求比较低，采集频率也比较低的载荷和外设搭载在飞控功能扩展单元上，以减少飞控计算机的计算压力，同时，也满足了扩展功能的需求。

进一步，所述飞控功能扩展单元包括辅助计算机I、缸温传感器、电源电压采集模块、SBUS总线载荷模块和数据记录仪，所述缸温传感器用于测量发动机的气缸温度并发送至辅助计算机I；所述电源电压采集模块用于采集电源单元的各路电源电压并经ADC转换发送给辅助计算机I；所述SBUS总线载荷模块接收所述辅助计算机I的控制信号，用于控制搭载的SBUS通讯载荷；所述数据记录仪与所述辅助计算机I连接，用于记录来自飞控计算机的关键数据；所述辅助计算机I与飞控计算机连接，用于对接收的数据进行处理，并发送给飞控计算机，且同时接收飞控计算机的控制信号。本实用新型的电源单元针对四核系统的四个模块提供了四种不同电压的电源。

优选的，所述辅助计算机I与缸温传感器之间采用SPI通讯；所述辅助计算机I与SBUS总线载荷模块之间采用UART通讯；所述辅助计算机I与所述数据记录仪之间采用SDIO通讯。

由于导航数据的数据量非常大，且实时性要求也非常高，因此，对于导航数据的处理采用单独的处理器，形成组合导航单元。所述组合导航单元包括导航计算机、高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块，所述高精度陀螺模块与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机；所述大气压强传感器与导航计算机连接，用于检测无人直升机所在位置的大气压强并发送给导航计算机，导航计算机通过大气压强数据可以计算出无人直升机的高度；所述图像无线传输模块与导航计算机连接，用于给地面站传输无人直升机采集的实时图像；所述导航计算机用于对接收的数据进行分析处理，并将数据发送给飞控计算机，同时，导航计算机还用于接收飞控计算机的控制信号以及发送控制信号给高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块。

进一步，所述组合导航单元还包括板载磁力计模块和/或辅助低精度陀螺和/或高精度GPS接收模块，板载磁力计模块、辅助低精度陀螺和高精度GPS接收模块三个模块均是根据需求选配的，所述板载磁力计模块与导航计算机连接，用于检测地磁发送给导航计算机，并由导航计算机计算出航向；所述辅助低精度陀螺与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机，辅助低精度陀螺作为高精度陀螺模块的备用模块，当高精度陀螺模块发生故障时，能够自动启动，代替高精度陀螺模块工作，保证无人直升机的正常飞行；所述高精度GPS接收模块与导航计算机连接，用于校准辅助GPS单元的经度、纬度、高度、航向和速度。

优选的，所述高精度陀螺模块和辅助低精度陀螺与导航计算机之间均采用SPI通讯；所述大气压强传感器和板载磁力计模块与导航计算机之间均采用IIC通讯；所述图像无线传输模块与导航计算机之间均采用IO通讯；所述高精度GPS接收模块与导航计算机之间均采用USART通讯。

虽然高精度GPS模块的测量精度高，但是其价格相对比较昂贵，造成无人机整体的成本过高，因此，为了降低成本，且达到高精度GPS的使用要求，采用了辅助GPS单元，所述辅助GPS单元包括辅助计算机II、低精度GPS接收模块和辅助磁力计模块，所述低精度GPS接收模块采用UBLOX系列GPS接收模块，与辅助计算机II连接，用于检测无人直升机的三轴的姿态、位置和速度并发送给辅助计算机II；所述辅助磁力计模块与辅助计算机II连接，用于检测地磁并发送给辅助计算机II；所述辅助计算机II将无人直升机的三轴的姿态、位置和速度数据和地磁数据进行融合发送给导航计算机。

优选的，所述辅助计算机II和低精度GPS接收模块之间采用USART通讯；所述辅助计算机II和辅助磁力计模块之间采用IIC通讯。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种四核无人直升机飞控系统，较传统无人机的飞控系统增加了大量外设接口，提高了传感器扩展能力。四核系统把原本复杂的算法计算量分摊到各个处理器并行处理，比传统无人机的飞控系统拥有更强的计算能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型最佳实施例的原理示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型的一种四核无人直升机飞控系统，包括飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元、辅助GPS单元和电源单元，所述飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元和辅助GPS单元形成四核系统，且所述飞控功能扩展单元与飞行控制单元连接，用于对时间要求相对不高且采集频率较低的外设和载荷的控制和数据处理；所述辅助GPS单元与所述组合导航单元连接，用于将低精度GPS数据和磁力计数据进行整合，通过组合导航单元的运算处理达到高精度GPS的使用要求；所述组合导航单元与所述飞行控制单元连接，用于将接收的数据进行处理获得无人直升机的三轴姿态、位置和速度并发送给飞行控制单元，并接收飞行控制单元的控制信号；所述飞行控制单元用于控制飞行器各种飞行姿态、动作和动力系统；电源单元为各个模块提供不同的工作电源。

进一步，所述飞行控制单元包括飞控计算机、超声波测距模块、无线数传通讯模块、转速采集模块、舵机控制模块、主SBUS通信模块、CAN总线载荷模块、RS422总线载荷模块和飞行数据存储模块，所述超声波测距模块用于无人机降落时测量与地面的距离，并将距离数据发送至飞控计算机；所述无线数传通讯模块用于飞控计算机与地面站之间的通讯；所述转速采集模块用于采集无人直升机螺旋桨的转速并发送给飞控计算机；所述飞控计算机输出PWM信号给舵机控制模块，用于控制无人直升机的舵机；所述主SBUS通信模块用于无人直升机的遥控与飞控计算机之间的通讯，用于解析遥控信号；所述CAN总线载荷模块用于控制搭载的CAN通讯载荷；所述RS422总线载荷模块用于控制搭载的RS422通讯的载荷；所述飞行数据存储模块用于实时存储飞控计算机的数据，且断电重启恢复飞控计算机的数据；所述飞控计算机用于对接收的数据进行处理，并根据数据处理的结果发出对应的控制信号。

进一步，所述超声波测距模块和转速采集模块与飞控计算机之间采用IIC通讯；所述无线数传通讯模块与飞控计算机之间采用RS232通讯；所述主SBUS通信模块和RS422总线载荷模块与飞控计算机之间采用UART通讯；所述CAN总线载荷模块与飞控计算机之间采用CAN通讯；所述飞行数据存储模块与飞控计算机之间采用SPI通讯。

由于无人机搭载的外设和载荷各不相同，因此，对其数据的重要程度和实时性的要求也不相同，因此，本实用新型将时间要求比较低，采集频率也比较低的载荷和外设搭载在飞控功能扩展单元上，以减少飞控计算机的计算压力，同时，也满足了扩展功能的需求。

进一步，所述飞控功能扩展单元包括辅助计算机I、缸温传感器、电源电压采集模块、SBUS总线载荷模块和数据记录仪，所述缸温传感器用于测量发动机的气缸温度并发送至辅助计算机I；所述电源电压采集模块用于采集电源单元的各路电源电压并经ADC转换发送给辅助计算机I；所述SBUS总线载荷模块接收所述辅助计算机I的控制信号，用于控制搭载的SBUS通讯载荷；所述数据记录仪与所述辅助计算机I连接，用于记录来自飞控计算机的关键数据；所述辅助计算机I与飞控计算机连接，用于对接收的数据进行处理，并发送给飞控计算机，且同时接收飞控计算机的控制信号。本实用新型的电源单元针对四核系统的四个模块提供了四种不同电压的电源。

优选的，所述辅助计算机I与缸温传感器之间采用SPI通讯；所述辅助计算机I与SBUS总线载荷模块之间采用UART通讯；所述辅助计算机I与所述数据记录仪之间采用SDIO通讯。

由于导航数据的数据量非常大，且实时性要求也非常高，因此，对于导航数据的处理采用单独的处理器，形成组合导航单元。所述组合导航单元包括导航计算机、高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块，所述高精度陀螺模块与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机；所述大气压强传感器与导航计算机连接，用于检测无人直升机所在位置的大气压强并发送给导航计算机，导航计算机通过大气压强数据可以计算出无人直升机的高度；所述图像无线传输模块与导航计算机连接，用于给地面站传输无人直升机采集的实时图像；所述导航计算机用于对接收的数据进行分析处理，并将数据发送给飞控计算机，同时，导航计算机还用于接收飞控计算机的控制信号以及发送控制信号给高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块。

进一步，所述组合导航单元还包括板载磁力计模块和/或辅助低精度陀螺和/或高精度GPS接收模块，板载磁力计模块、辅助低精度陀螺和高精度GPS接收模块三个模块均是根据需求选配的，所述板载磁力计模块与导航计算机连接，用于检测地磁发送给导航计算机，并由导航计算机计算出航向；所述辅助低精度陀螺与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机，辅助低精度陀螺作为高精度陀螺模块的备用模块，当高精度陀螺模块发生故障时，能够自动启动，代替高精度陀螺模块工作，保证无人直升机的正常飞行；所述高精度GPS接收模块与导航计算机连接，用于校准辅助GPS单元的经度、纬度、高度、航向和速度。

优选的，所述高精度陀螺模块和辅助低精度陀螺与导航计算机之间均采用SPI通讯；所述大气压强传感器和板载磁力计模块与导航计算机之间均采用IIC通讯；所述图像无线传输模块与导航计算机之间均采用IO通讯；所述高精度GPS接收模块与导航计算机之间均采用USART通讯。

虽然高精度GPS模块的测量精度高，但是其价格相对比较昂贵，造成无人机整体的成本过高，因此，为了降低成本，且达到高精度GPS的使用要求，采用了辅助GPS单元，所述辅助GPS单元包括辅助计算机II、低精度GPS接收模块和辅助磁力计模块，所述低精度GPS接收模块采用UBLOX系列GPS接收模块，与辅助计算机II连接，用于检测无人直升机的三轴的姿态、位置和速度并发送给辅助计算机II；所述辅助磁力计模块与辅助计算机II连接，用于检测地磁并发送给辅助计算机II；所述辅助计算机II将无人直升机的三轴的姿态、位置和速度数据和地磁数据进行融合发送给导航计算机。

优选的，所述辅助计算机II和低精度GPS接收模块之间采用USART通讯；所述辅助计算机II和辅助磁力计模块之间采用IIC通讯。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种四核无人直升机飞控系统，其特征在于：包括飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元、辅助GPS单元和电源单元，所述飞行控制单元、组合导航单元、飞控功能扩展单元和辅助GPS单元形成四核系统，且所述飞控功能扩展单元与飞行控制单元连接，用于对时间要求相对不高且采集频率较低的外设和载荷的控制和数据处理；所述辅助GPS单元与所述组合导航单元连接，用于将低精度GPS数据和磁力计数据进行整合，通过组合导航单元的运算处理达到高精度GPS的使用要求；所述组合导航单元与所述飞行控制单元连接，用于将融合后的数据进行处理获得无人直升机的三轴姿态、位置和速度并发送给飞行控制单元，并接收飞行控制单元的控制数据；所述飞行控制单元用于控制飞行器各种飞行姿态、动作和动力系统；电源单元为各个模块提供不同的工作电源。

2.如权利要求1所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述飞行控制单元包括飞控计算机、超声波测距模块、无线数传通讯模块、转速采集模块、舵机控制模块、主SBUS通信模块、CAN总线载荷模块、RS422总线载荷模块和飞行数据存储模块，所述超声波测距模块用于无人机降落时测量与地面的距离，并将距离数据发送至飞控计算机；所述无线数传通讯模块用于飞控计算机与地面站之间的通讯；所述转速采集模块用于采集无人直升机螺旋桨的转速并发送给飞控计算机；所述飞控计算机输出PWM信号给舵机控制模块，用于控制无人直升机的舵机；所述主SBUS通信模块用于无人直升机的遥控与飞控计算机之间的通讯，用于解析遥控信号；所述CAN总线载荷模块用于控制搭载的CAN通讯载荷；所述RS422总线载荷模块用于控制搭载的RS422通讯的载荷；所述飞行数据存储模块用于实时存储飞控计算机的数据，且断电重启恢复飞控计算机的数据；所述飞控计算机用于对接收的数据进行处理，并根据数据处理的结果发出对应的控制信号。

3.如权利要求2所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述超声波测距模块和转速采集模块与飞控计算机之间采用IIC通讯；所述无线数传通讯模块与飞控计算机之间采用RS232通讯；所述主SBUS通信模块和RS422总线载荷模块与飞控计算机之间采用UART通讯；所述CAN总线载荷模块与飞控计算机之间采用CAN通讯；所述飞行数据存储模块与飞控计算机之间采用SPI通讯。

4.如权利要求2所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述飞控功能扩展单元包括辅助计算机I、缸温传感器、电源电压采集模块、SBUS总线载荷模块和数据记录仪，所述缸温传感器用于测量发动机的气缸温度并发送至辅助计算机I；所述电源电压采集模块用于采集电源单元的各路电源电压并发送给辅助计算机I；所述SBUS总线载荷模块接收所述辅助计算机I的控制信号，用于控制搭载的SBUS通讯载荷；所述数据记录仪与所述辅助计算机I连接，用于记录来自飞控计算机的关键数据；所述辅助计算机I与飞控计算机连接，用于对接收的数据进行处理，并发送给飞控计算机，且同时接收飞控计算机的控制信号。

5.如权利要求4所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述辅助计算机I与缸温传感器之间采用SPI通讯；所述辅助计算机I与SBUS总线载荷模块之间采用UART通讯；所述辅助计算机I与所述数据记录仪之间采用SDIO通讯。

6.如权利要求2所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述组合导航单元包括导航计算机、高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块，所述高精度陀螺模块与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机；所述大气压强传感器与导航计算机连接，用于检测无人直升机所在位置的大气压强并发送给导航计算机；所述图像无线传输模块与导航计算机连接，用于给地面站传输无人直升机采集的实时图像；所述导航计算机用于对接收的数据进行分析处理，并将数据发送给飞控计算机，同时，导航计算机还用于接收飞控计算机的控制信号以及发送控制信号给高精度陀螺模块、大气压强传感器和图像无线传输模块。

7.如权利要求6所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述组合导航单元还包括板载磁力计模块和/或辅助低精度陀螺和/或高精度GPS接收模块，所述板载磁力计模块与导航计算机连接，用于检测地磁发送给导航计算机计算航向；所述辅助低精度陀螺与导航计算机连接，用于检测无人直升机的三轴角速度和加速度，并发送给导航计算机；所述高精度GPS接收模块与导航计算机连接，用于校准辅助GPS单元的经度、纬度、高度、航向和速度。

8.如权利要求7所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述高精度陀螺模块和辅助低精度陀螺与导航计算机之间均采用SPI通讯；所述大气压强传感器和板载磁力计模块与导航计算机之间均采用IIC通讯；所述图像无线传输模块与导航计算机之间均采用IO通讯；所述高精度GPS接收模块与导航计算机之间均采用USART通讯。

9.如权利要求6所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述辅助GPS单元包括辅助计算机II、低精度GPS接收模块和辅助磁力计模块，所述低精度GPS接收模块与辅助计算机II连接，用于检测无人直升机的三轴的姿态、位置和速度并发送给辅助计算机II；所述辅助磁力计模块与辅助计算机II连接，用于检测地磁并发送给辅助计算机II；所述辅助计算机II将无人直升机的三轴的姿态、位置和速度数据和地磁数据进行融合发送给导航计算机。

10.如权利要求9所述的四核无人直升机飞控系统，其特征在于：所述辅助计算机II和低精度GPS接收模块之间采用USART通讯；所述辅助计算机II和辅助磁力计模块之间采用IIC通讯；所述辅助计算机II与导航计算机之间采用USART通讯。