CN211979512U - 一种无人机飞控系统 - Google Patents
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Abstract
一种无人机飞控系统，它涉及一种飞控系统；它包含核心板和底板；核心板电路通过电路板间接口与底板相连；所述的核心板上设有SOC芯片、DDR3存储器、10/100/1000M自适应以太网接口、USB2.0接口，并集成有QSPI FLASH下载芯片；核心板向外引出若干组LVDS差分总线和若干个独立GPIO端口；所述的底板上集成有MPU9250姿态传感器、MS5611气压计；底板上设有若干个外设接口；本实用新型采用底板加核心板的方式，可以灵活扩展，通过将核心板和不同功能的底板相连接，满足在各种嵌入式场景下低功耗、高性能的要求，可扩展性大大提高；能够有效降低后续开发成本，降低开发工作量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种飞控系统，具体涉及一种无人机飞控系统。
背景技术
目前无人机飞控系统多选用AVR单片机、STM32F1系列、STM32F4系列作为主控芯片，其性能羸弱，最高处理能力不超过1.25DMIPS。随着人工智能的发展，机器学习等算法在图像处理、图像分类、目标识别、目标追踪、语音识别与处理等领域发挥了重要作用，由于性能问题，目前的飞控系统很难实现智能化算法。
申请号201620697776.8公开了一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，采用STM32微处理器作为主控芯片，其外设接口根据芯片型号固定，为无人机飞控外设开发带来了很大的难度，在开发无人机时，必须考虑飞控电路的外设接口数量和类型，否则会造成某一类型接口不够使用的情况，或者工作电平不匹配等问题。对于接口不够用的情况，要么得更换外设模块，修改飞控电路设计，增加了开发系统成本，要么需要通过软件代码的方式，用软件的方式在主控芯片上模拟接口协议，这样严重影响了接口的性能和稳定性，对于外设工作电平不匹配的问题，要么更换外设模块，要么需要重新设计飞控电路。
申请号201720680285.7公开了一种基于STM32+FPGA的新型高稳定性版无人机飞控，相对于单STM32飞控而言，其IO可扩展性和计算性能有显著提高，但是其面临代码开发难度大，开发周期长的问题，因为STM32和FPGA的代码开发环境不同，且开发语言不同，造成飞控开发人员需要了解至少两种以上的开发语言和环境，对开发人员要求较高，且面临着考虑STM32和FPGA之间的通信协议设计问题，需要考虑STM32和FPGA之间通信实时性以及通信带宽问题，这为飞控系统开发带来了额外的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、设计合理、使用方便的无人机飞控系统，解决现有无人机飞控系统硬件架构IO功能固定，无法灵活扩展的问题，并解决现有无人机飞控系统硬件架构计算能力差，造成现有无人机控制系统无法部署现有的人工智能算法的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含核心板和底板；核心板电路通过电路板间接口与底板相连；所述的核心板上设有SOC芯片、DDR3存储器、10/100/1000M自适应以太网接口、USB2.0接口，并集成有QSPIFLASH下载芯片；核心板向外引出若干组LVDS差分总线和若干个独立GPIO端口；所述的底板上集成有MPU9250姿态传感器、MS5611气压计；底板上设有若干个外设接口；
进一步地，核心板上还设有JTAG调试接口、I2C/SPI配置接口；
进一步地，核心板上的SOC芯片采用ZYNQ主控芯片；
进一步地，所述的外设接口采用UART接口、I2C接口、SPI接口、CAN接口、扩展接口、GPS接口中的一种或多种；
进一步地，所述的外设接口均采用电平转换芯片；
进一步地，底板上MPU9250姿态传感器的数量为两个。
采用上述结构后，本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种无人机飞控系统，具有以下优点：
1、采用底板加核心板的方式，可以灵活扩展，通过将核心板和不同功能的底板相连接，满足在各种嵌入式场景下低功耗、高性能的要求，可扩展性大大提高；
2、能够有效降低后续开发成本，降低开发工作量：升级无人机飞控系统硬件计算性能，只需要升级核心板，底板无需修改；需要修改使用场景时，只需要修改底板而核心板无需修改。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型核心板的结构示意图；
图2是本实用新型底板的结构示意图。
附图标记说明：
1、核心板；2、底板；1.1、JTAG调试接口；1.2、QSPI FLASH下载芯片；1.3、自适应以太网接口；1.4、DDR3存储器；1.5、USB2.0接口；1.6、SOC芯片；1.7、I2C/SPI配置接口；2.1、调试接口；2.2、CAN总线；2.3、GPS接口；2.4、SBUS/PPM接口；2.5、电源接口；2.6、16通道PWM；2.7、SPI接口；2.8、I2C接口；2.9、安全开关接口；2.10、UART串口；2.11、16通道扩展口；2.12、SD卡；2.13、MS5611气压计；2.14、MPU9250姿态传感器；2.15、供电模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步的说明。
本具体实施方式采用的技术方案是：它包含核心板1和底板2；核心板1电路通过电路板间接口与底板2相连；
参看图1所示，核心板1的主控芯片采用Xilinx公司ZYNQ系列XC7Z0202工业级SOC芯片1.6；SOC芯片1.6的处理系统集成了两个ARM CortexTM-A9处理器，最高主频可达767MHz，可编程逻辑系统采用ARTIX-7架构，集成了85K的逻辑资源；核心板1具有4Gbyte、总线频率1066MHz的DDR3存储器1.4，并集成256Mbit QSPI FLASH下载芯片1.2；核心板1拥有一个10/100/1000M自适应以太网接口1.3，以太网接口接口1.3默认不引出，一个USB2.0接口1.5，一个JTAG调试接口1.1和一个I2C/SPI配置接口1.7；核心板1向外引出49组LVDS差分总线和5个独立GPIO端口，用于连接各种外设，可满足无人机飞控对接口的各种需求。
参看图2所示，底板2主要包括电源接口2.5以及相应的供电模块2.15，为整个飞控系统硬件提供各种电压的电源。底板2板载两个MPU9250姿态传感器2.14，为无人机飞控系统提供姿态信息，可以确保当一路姿态传感器出现故障时，还有一路姿态传感器为无人机提供姿态信息，保证无人机的正常飞行；底板2板载一个MS5611气压计2.13，能够实现基础的无人机飞行高度测量；底板2引出16通道PWM 2.6输出，最多可以控制16个舵机和马达，能够满足各种无人机类型对于控制通道的需求；底板2提供常见的各种总线，两个I2C接口2.8；底板2还设有一个SPI接口2.7、一个CAN总线2.2、四路UART串口2.10，满足多种外设模块对接口的需求；底板还提供了GPS接口2.3、SBUS/PPM接口2.4、SD卡2.12，其中GPS接口2.3方便无人机接入GPS模块，为无人机提供位置信息，SBUS/PPM接口2.4方便接入无人机遥控器，SD卡2.12可以灵活选择不同容量，为无人机飞控提供其所需的存储空间；底板2还板载有调试接口2.1、安全开关接口2.9、16通道扩展口2.11；调试接口2.1方便后续飞控系统功能调试；安全开关接口2.9方便后续接入安全开关，提高无人机的安全性；16通道扩展口2.11用于对于5G模块的支持；底板2上的所有接口均采用电平转换芯片，可以通过底板2上的跳线，灵活设置每个IO口的工作电平和工作电压，可以兼容2.5V、3.3V、5V等各种工作电压的外设模块；并且底板2中的所有外部接口都可以通过软件编程的方式切换成不同的通信协议，比如可以将SPI总线接口通过编程修改成CAN或者I2C等接口，具有高度的灵活性。
另一实施例：与上述实施例不同之处在于：核心板1提供100个GPIO端口，满足无人机飞控对接口的各种需求；底板2提供254个I2C外设接口、2个SPI外设接口、128个CAN外设接口，为飞控系统提供极大支持的扩展。
本实用新型所述的一种无人机飞控系统，与现有技术相比，具有以下优点：
1、ZYNQ主控芯片的PS核心能达到最高2500DMIPS的计算性能，性能强大，且其PL部分，由于其硬件可编程性，且具有高并行度、高数据处理能力，以及优秀的每瓦性能，可以很好的支持现有的机器学习算法，能够有效提高无人机的智能化水平，降低无人机的飞控的功耗，提高无人机的续航能力；
2、由于ZYNQ主控芯片具有可编程逻辑FPGA部分，可以灵活的将FPGA的GPIO配置成不同的接口协议，且由于其属于硬件实现，相对于软件模拟具有更高的性能和稳定性，且同时无须修改飞控电路，降低了开发成本；且本实用新型具有外设电平和供电电压调节功能，能够很好适应各种外设的供电和通信电平要求；
3、ZYNQ主控芯片的PS核心与PL核心编程语言统一，大大降低了开发人员的开发难度和开发周期，并且开发人员无需考虑PS和PL之间的通信协议开发，并且PS和PL采用AXI高速总线，并拥有三种AXI接口，能够满足PS和PL端各种通信要求。
以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种无人机飞控系统，其特征在于它包含核心板和底板；核心板电路通过电路板间接口与底板相连；所述的核心板上设有SOC芯片、DDR3存储器、10/100/1000M自适应以太网接口、USB2.0接口，并集成有QSPI FLASH下载芯片；核心板向外引出若干组LVDS差分总线和若干个独立GPIO端口；所述的底板上集成有MPU9250姿态传感器、MS5611气压计；底板上设有若干个外设接口。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞控系统，其特征在于核心板上还设有JTAG调试接口、I2C/SPI配置接口。
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机飞控系统，其特征在于核心板上的SOC芯片采用ZYNQ主控芯片。
4.根据权利要求1所述的一种无人机飞控系统，其特征在于所述的外设接口采用UART接口、I2C接口、SPI接口、CAN接口、扩展接口、GPS接口中的一种或多种。
5.根据权利要求1或4所述的一种无人机飞控系统，其特征在于所述的外设接口均采用电平转换芯片。
6.根据权利要求1所述的一种无人机飞控系统，其特征在于底板上MPU9250姿态传感器的数量为两个。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020783619.5U CN211979512U (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种无人机飞控系统 |
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Family
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| CN202020783619.5U Active CN211979512U (zh) | 2020-05-13 | 2020-05-13 | 一种无人机飞控系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211979512U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113138574A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-20 | 广东工业大学 | 一种无人机飞控通用的扩展装置 |
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2020
- 2020-05-13 CN CN202020783619.5U patent/CN211979512U/zh active Active
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