專利名稱：無人機自動駕駛儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種自動駕駛儀，尤其涉及一種無人機自動駕駛儀，特別適用于小型無人機。
背景技術(shù)：
無人機作為自動化導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用的一個高端產(chǎn)品，代表了自動化導(dǎo)航技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展前沿。自動駕駛儀是無人機的“大腦”，無人機的幾乎所有動作都要依靠它來控制完成，因此，自動駕駛儀無疑是無人機的組成核心，更是無人機控制技術(shù)的研究核心。要進行無人機自動駕駛儀的設(shè)計研究，必須設(shè)計一個飛行系統(tǒng)硬件板，在此基礎(chǔ)上進行調(diào)試開發(fā)，最終安裝在無人機上。目前，能在小型無人機上成功運行的自動駕駛儀種類較少，主要存在數(shù)據(jù)處理速度和控制響應(yīng)速度慢的問題，而且飛行不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種無人機自動駕駛儀，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無人機自動駕駛儀數(shù)據(jù)處理速度和控制響應(yīng)速度慢的問題，而且飛行穩(wěn)定。本實用新型的技術(shù)方案如下:包括駕駛儀硬件板，硬件板上設(shè)有電源接口及外部轉(zhuǎn)接線；硬件板上設(shè)置雙CPU、姿態(tài)傳感器組及伺服機構(gòu)，CPU包括第一微處理器和第二微處理器，第一微處理器設(shè)有飛行控制模塊，第二微處理器設(shè)有計算飛行器姿態(tài)信息的姿態(tài)解算模塊；姿態(tài)傳感器組的測量信號經(jīng)傳感器外圍電路處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到第二微處理器，第二微處理器對飛機姿態(tài)參數(shù)進行解算之后，通過內(nèi)部SPI接口將數(shù)據(jù)傳送給第一微處理器，第一微處理器將控制指令送往伺服機構(gòu)。所述的第一微處理器與第二微處理器通過駕駛儀內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接，第一微處理器與第二微處理器外部均設(shè)置JTAG調(diào)試接口。所述的第一微處理器為ATMEL公司的AVR單片機，ATmegal28單片機內(nèi)置128KBFlash程序存儲器的在線可編程8位微控制器。所述的第一微處理器連接有GPS模塊和3軸電子羅盤。所述的第二微處理器為周立功ARM7系列的LPC2138單片機。所述的姿態(tài)傳感器組包括三軸陀螺及加速度計、空速傳感器、壓力傳感器。所述的伺服機構(gòu)包括升降舵機、油門舵機、副翼舵機、方向舵機。本實用新型的優(yōu)點效果如下:1、雙CPU分工協(xié)作，具備超強的處理能力，并集成3軸MEMS加速度計、速率陀螺、高靈敏度GPS、數(shù)字氣壓高度計、空速傳感器、上下行通訊接口、伺服機構(gòu)等組成，采用16位AD進行傳感器采集，數(shù)據(jù)精度高；支持襟翼、V尾、飛翼、襟副翼混合；可內(nèi)置3軸電子羅盤，支持3軸云臺控制。2、本飛控系統(tǒng)主要完成的功能有:與伺服機構(gòu)構(gòu)成閉環(huán)回路，保證飛機沿著規(guī)定航跡飛行，根據(jù)地面站控制指令的變化，保證飛機穩(wěn)定飛行，接受地面數(shù)據(jù)，同時向地面站發(fā)送遙測信息，實時采集飛行試驗數(shù)據(jù)，并存儲。3、本實用新型自動駕駛儀提高了自動駕駛儀的數(shù)據(jù)處理速度和控制響應(yīng)速度，采用內(nèi)置傳感器進行姿態(tài)測量有利于多傳感器數(shù)據(jù)的融合和優(yōu)化，并可測得飛行器的全姿態(tài)信息。

圖1為本實用新型原理示意框圖。圖2為本實用新型硬件板結(jié)構(gòu)正面示意框圖。圖3為本實用新型自動駕駛儀與飛機組成的閉環(huán)系統(tǒng)示意框圖。
具體實施方式以下參照附圖，結(jié)合具體實施例，詳細描述本實用新型。
實施例如圖2所示，包括駕駛儀硬件板，硬件板上設(shè)有電源接口、外部轉(zhuǎn)接線、雙CPU、姿態(tài)傳感器組及伺服機構(gòu)，CPU包括第一微處理器和第二微處理器，第一微處理器設(shè)有飛行控制模塊，第二微處理器設(shè)有計算飛行器姿態(tài)信息的姿態(tài)解算模塊；姿態(tài)傳感器組的測量信號經(jīng)傳感器外圍電路處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到第二微處理器，第二微處理器對飛機姿態(tài)參數(shù)進行解算之后，通過內(nèi)部SPI接口將數(shù)據(jù)傳送給第一微處理器，第一微處理器將控制指令送往伺服機構(gòu)，采用16位AD進行傳感器采集。所述的第一微處理器與第二微處理器通過駕駛儀內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接，第一微處理器與第二微處理器外部均設(shè)置JTAG調(diào)試接口 ；第一微處理器為ATMEL公司的AVR單片機，ATmegal28單片機內(nèi)置128KB Flash程序存儲器的在線可編程8位微控制器，所述的第一微處理器連接有GPS模塊和3軸電子羅盤；第二微處理器為周立功ARM7系列的LPC2138單片機，所述的第二微處理器連接有A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器及緩存器。所述的姿態(tài)傳感器組包括三軸陀螺及加速度計、空速傳感器、壓力傳感器。所述的伺服機構(gòu)包括升降舵機、油門舵機、副翼舵機、方向舵機；硬件板上設(shè)有油門數(shù)據(jù)接口、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)接口、開傘數(shù)據(jù)接口、云臺數(shù)據(jù)接口、接收機數(shù)據(jù)接口、副翼數(shù)據(jù)接口、電臺數(shù)據(jù)接口、升降數(shù)據(jù)接口、方向數(shù)據(jù)接口、拍照數(shù)據(jù)接口及RS232數(shù)據(jù)接口。如圖1所示，本實用新型控制系統(tǒng)包括以下模塊，微處理器控制模塊、慣性測量單元模塊、GPS接收模塊、高度傳感器模塊、姿態(tài)信號采集轉(zhuǎn)換模塊、JTAG調(diào)試模塊、控制轉(zhuǎn)換模塊、遙控接收器模塊以及四個分別控制主翼、側(cè)翼的舵機。自動駕駛儀與飛機組成的閉環(huán)系統(tǒng)如圖3所示，本實用新型自動駕駛儀飛行過程中，飛機偏離原始狀態(tài)，敏感元件感受到偏離方向和大小，并輸出相應(yīng)信號，經(jīng)放大、計算處理，操縱舵機等執(zhí)行機構(gòu)，使升降舵面等控制面相應(yīng)偏轉(zhuǎn)。由于整個系統(tǒng)是按負反饋原則連接的，其結(jié)果是使飛機趨向原始狀態(tài)。當(dāng)飛機回到原始狀態(tài)時，敏感元件輸出信號為零，舵機以及與其相連接的舵面也回原位，飛機重新按原始狀態(tài)飛行。自動駕駛儀與飛機組成一個回路。這個回路的主要功能是穩(wěn)定飛機的姿態(tài)，或者說穩(wěn)定飛機的角運動。敏感元件用來測量飛機的姿態(tài)角，由于該回路包含飛機，而飛機的動態(tài)特性又隨飛行條件(如速度、高度等)而異。放大計算裝置對各個傳感器信號的綜合計算，即控制規(guī)律應(yīng)滿足各個飛行狀態(tài)的要求，并可以設(shè)置成隨飛行條件變化的增益程序。該自動駕駛儀采用某型號無人機進行試驗飛行，實現(xiàn)了對無人機飛行時的各項基本操作，飛行過程中，該自動駕駛儀的GPS模塊定位準確，無丟星現(xiàn)象；遙控模式下，所有的遙控通道控制均正常工作，正確切入自動模式下，能夠?qū)崟r上傳指令，飛機可以按照預(yù)先設(shè)定的航線飛行，地面站上顯示的偏航、滾轉(zhuǎn)、俯仰姿態(tài)角及高度均在正常的范圍內(nèi)變化。
權(quán)利要求1.無人機自動駕駛儀，包括駕駛儀硬件板，硬件板上設(shè)有電源接口及外部轉(zhuǎn)接線；其特征在于硬件板上設(shè)置雙CPU、姿態(tài)傳感器組及伺服機構(gòu)，CPU包括第一微處理器和第二微處理器，第一微處理器設(shè)有飛行控制模塊，第二微處理器設(shè)有計算飛行器姿態(tài)信息的姿態(tài)解算模塊；姿態(tài)傳感器組的測量信號經(jīng)傳感器外圍電路處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到第二微處理器，第二微處理器對飛機姿態(tài)參數(shù)進行解算之后，通過內(nèi)部SPI接口將數(shù)據(jù)傳送給第一微處理器，第一微處理器將控制指令送往伺服機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的第一微處理器與第二微處理器通過駕駛儀內(nèi)部數(shù)據(jù)總線連接，第一微處理器與第二微處理器外部均設(shè)置JTAG調(diào)試接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的第一微處理器為ATMEL公司的AVR單片機，ATmegal28單片機內(nèi)置128KB Flash程序存儲器的在線可編程8位微控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的第一微處理器連接有GPS模塊和3軸電子羅盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的第二微處理器為周立功ARM7系列的LPC2138單片機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的姿態(tài)傳感器組包括三軸陀螺及加速度計、空速傳感器、壓力傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無人機自動駕駛儀，其特征在于所述的伺服機構(gòu)包括升降舵機、油門舵機、副翼舵機、方向舵機。
專利摘要本實用新型涉及一種無人機自動駕駛儀，其包括駕駛儀硬件板，硬件板上設(shè)有電源接口及外部轉(zhuǎn)接線，內(nèi)部設(shè)置雙CPU、姿態(tài)傳感器組及伺服機構(gòu)，CPU包括第一微處理器和第二微處理器,第一微處理器設(shè)有飛行控制模塊，第二微處理器設(shè)有計算飛行器姿態(tài)信息的姿態(tài)解算模塊；姿態(tài)傳感器組的測量信號經(jīng)傳感器外圍電路處理后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入到第二微處理器,第二微處理器對飛機姿態(tài)參數(shù)進行解算之后傳送給第一微處理器，第一微處理器將控制指令送往伺服機構(gòu)。本實用新型提高了自動駕駛儀的數(shù)據(jù)處理速度和控制響應(yīng)速度，采用內(nèi)置傳感器進行姿態(tài)測量有利于多傳感器數(shù)據(jù)的融合和優(yōu)化，并可測得飛行器的全姿態(tài)信息。
文檔編號G05D1/10GK202939490SQ20122064338
公開日2013年5月15日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者邢贏, 宋曉明, 韓桂琴, 佟霞, 齊欣, 褚玲玲 申請人:沈陽航天中測科技有限公司