無人機飛控系統組成及系統軟件設計

　　飛控系統是無人機的核心控制裝置，相當于無人機的大腦，是否裝有飛控系統也是無人機區別于普通航空模型的重要標志。

　　在經歷了早期的遙控飛行后，目前其導航控制方式已經發展為自主飛行和智能飛行。導航方式的改變對飛行控制計算機的精度提出了更高的要求；隨著小型無人機執行任務復雜程度的增加，對飛控計算機運算速度的要求也更高；而小型化的要求對飛控計算機的功耗和體積也提出了很高的要求。高精度不僅要求計算機的控制精度高，而且要求能夠運行復雜的控制算法，小型化則要求無人機的體積小，機動性好，進而要求控制計算機的體積越小越好。

　　在眾多處理器芯片中，最適合小型飛控計算機CPU的芯片當屬TI公司的TMS320LF2407，其運算速度以及眾多的外圍接口電路很適合用來完成對小型無人機的實時控制功能。

　　它采用哈佛結構、多級流水線操作，對數據和指令同時進行讀取，片內自帶資源包括16路10位A/D轉換器且帶自動排序功能，保證最多16路有轉換在同一轉換期間進行，而不會增加CPU的開銷；40路可單獨編程或復用的通用輸入/輸出通道；5個外部中斷；集成的串行通信接口（SCI），可使其具備與系統內其他控制器進行異步（RS 485）通信的能力；16位同步串行外圍接口（SPI）能方便地用來與其他的外圍設備通信；還提供看門狗定時器模塊（WDT）和CAN通信模塊。

　　飛控系統組成模塊

　　飛控系統實時采集各傳感器測量的飛行狀態數據、接收無線電測控終端傳輸的由地面測控站上行信道送來的控制命令及數據，經計算處理，輸出控制指令給執行機構，實現對無人機中各種飛行模態的控制和對任務設備的管理與控制；同時將無人機的狀態數據及發動機、機載電源系統、任務設備的工作狀態參數實時傳送給機載無線電數據終端，經無線電下行信道發送回地面測控站。

　　按照功能劃分，該飛控系統的硬件包括：主控制模塊、信號調理及接口模塊、數據采集模塊以及舵機驅動模塊等。

　　模塊功能

　　各個功能模塊組合在一起，構成飛行控制系統的核心，而主控制模塊是飛控系統核心，它與信號調理模塊、接口模塊和舵機驅動模塊相組合，在只需要修改軟件和簡單改動外圍電路的基礎上可以滿足一系列小型無人機的飛行控制和飛行管理功能要求，從而實現一次開發，多型號使用，降低系統開發成本的目的。系統主要完成如下功能：

　?。?）完成多路模擬信號的高精度采集，包括陀螺信號、航向信號、舵偏角信號、發動機轉速、缸溫信號、動靜壓傳感器信號、電源電壓信號等。

　　由于CPU自帶A/D的精度和通道數有限，所以使用了另外的數據采集電路，其片選和控制信號是通過EPLD中譯碼電路產生的。

　?。?）輸出開關量信號、模擬信號和PWM脈沖信號等能適應不同執行機構（如方向舵機、副翼舵機、升降舵機、氣道和風門舵機等）的控制要求。

　?。?）利用多個通信信道，分別實現與機載數據終端、GPS信號、數字量傳感器以及相關任務設備的通信。由于CPU自身的SCI通道配置的串口不能滿足系統要求，設計中使用多串口擴展芯片28C94來擴展8個串口。