一种用于亚音速飞行器的大气数据机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于航空技术领域，具体来说，是一种应用于平流层亚音速无人机的 大气数据机。
【背景技术】
[0002] 大气数字计算机，简称大气机，是无人机所必需的一种航空电子设备，它为飞行控 制系统和导航系统等提供所需的大气数据信息，其性能的好坏不仅直接关系到对大气数据 的准确检测和指示，而且还影响飞行任务的完成及飞行的安全，所以提高大气机的精度和 可靠性可以提高飞行器整体性能。
[0003] 完整的大气数据检测系统一般包括：输入静压、总压（动压）、气压修正信号和静 压源误差修正信号；输出气压高度、气压修正高度、气压高度变化率、高度偏差信号、指示空 速、真空速等。由于自身条件的限制，无人机的飞行速度较低（Ma小于1)，一般在平流层中 飞行（即Hp< 11000米），所以在无人机只考虑了指示空速和气压高度。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本实用新型提供了一种用于亚音速飞行器的大气数据机，能够适用于 亚音速飞行器进行大气压力的采集以及高度和指示空速的计算和输出。
[0005] 为了达到上述目的，本实用新型由第一压力传感器、第二压力传感器、垂向加速度 计、前向加速度计、微处理器、存储器、工作指示灯以及电源管理器组成；微处理器包括4个 SPI口、2个两线式串行总线I2C接口、2个串口以及多个输入输出I/O接口；
[0006] 微处理器为STM32F103C8T6芯片；
[0007] 第一压力传感器为IPT0020A33R，用于测量飞机飞行面上的大气静压PH;第二压力 传感器为IPT0020A33R，测量飞机飞行时速度所产生的动压PD;
[0008] 存储器为M24128,用于存储工作参数，包括滤波处理深度、输出参数、参数通讯波 特率以及数据刷新率；滤波处理深度为每输出一次需要采样的数量、输出参数包括气压高 度和指示空速，参数通讯波特率为输出口的通讯波特率，数据刷新率为每秒钟输出参数的 次数。
[0009] 电源管理器为MC78M05 和MIC5207，MC78M05 实现对STM32F103C8T6 芯片的 28V转 5V供电，MIC5207实现对STM32F103C8T6芯片的5V转3. 3V供电。
[0010] 工作指示灯为发光二极管LED。
[0011] 其中微处理器通过4个SPI接口分别与IPT0020A33R、IPT0020A33R、垂向加速度 计和前向加速度计的进行通信；微处理器通过I2C接口与M24128通讯，通过I/O口控制LED 闪烁，通过2个串口为参数设置口和结果输出口。
[0012] 微处理器每6ms从IPT0020A33R和IPT0020A33R中获取一次PH和PD，每100ms读 取一次IPT0020A33R和IPT0020A33R中的温度值，对测得的PjPPD进行平滑滤波处理，采 集温度值对滤波后的压力进行修正，采集垂向加速度计和前向加速度计中的垂向加速度以 及前向加速度分别用于计算高度变化量和速度变化量；用高度变化量和速度变化量对匕和PD进行限幅滤波处理；然后利用滤波处理后的P"和pD，通过如下公式1计算气压高度，通过 如下公式2计算指示空速：
[0013]
[0014] 式中T0、t、R、P0为气体常数。
[0015]
2
[0016] 式中A。、P。为气体常数。
[0017] 计算获得的气压高度Hp以及指示空速V。通过结果输出口进行输出。
[0018] 进一步地，采集温度值对滤波后的压力进行修正为：通过SPI读取的压力值为：PH 的采样值有6个分别为：匕1々2、63、匕 4、65以及？％;?：)的采样值有6个分别为：？ ：)1、？：)2、？：)3、 PD4、PD5以及PD6;温度T的采样值也有6个，分别为T^T2、T3、T4以及T5;那么经过温度修正 后的压力为PH'和PD' ：
[0019] PH? =A+ (X:XPH1) + (X2XPH2) + (X3XPH3) + (X4XPH4) + (X5XPH5) + (X6XPH6)；
[0020] PD ' =A+ 成XPD1) + (X2XPD2) + (X3XPD3) + (X4XPD4) + (X5XPD5) + (X6XPD6);
[0021] 式中：
[0022] A= -10. 251645 ；
[0023] X!=-1796. 9403+(14889. 769XTi) +(-46230. 684XT2) +(20100. 578XT3) +(-51952 .816XT4) +(15124. 948XT5)；
[0024] X2=-4162. 3979+(18248. 301XT》+(-28188. 965XT2) +(20100. 578XT3) +(-10252 .898XT4) +(4531. 3633XT5)；
[0025] X3= 6. 8445935+(20223. 174XTD+(-83723. 297XT2) +(107100. 88XT3) +(-31521 .736XT4) +(-13495. 57XT5)；
[0026] X4=-2651. 1321+(-4042. 4363XTD+(20603. 07XT2) +(45148. 465XT3) +(-148898 .56XT4) +(92770. 586XT5)；
[0027] X5=-5778. 0547+(66986. 164XT》+(-216138. 38XT2) +(268675. 63XT3) +(-10858 8. 63XT4) + (-7349. 3057XT5)；
[0028] X6= 10801. 397+(-93110. 602XT!) +(295352. 34XT2) +(-438418. 22XT3) +(30642 4. 84XT4) + (-80684. 555XT5)。
[0029] 进一步地，参数输出口的参数通讯波特率为19200bps，参数设置口设置固定通讯 率为9600bps，数据刷新率为20Hz;电源管理器中的MC78M05和MIC5207,二者的采集频率 均为 5. 26ms，
[0030] 有益效果：
[0031] 1、本发明所提供的大气数据机，能够适用于亚音速飞行器进行大气压力的采集以 及高度和指示空速的计算和输出。且本发明所使用的设备以全数字方式工作，全部大气传 感器数据的采集，调理和滤波计算全部使用设备内部的计算机完成。该设备使用数字接口 连接外部设备，输入输出数字信息，可以避免模拟大气机在信息传递过程中的信号损失。
[0032] 2、本方案采用基于C0TS的设计思路可大幅度降低成本，经济效益明显。
【附图说明】
[0033] 图1大气机组成示意图；
[0034] 图2大气机工作流程图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
[0036] -种用于亚音速飞行器的大气数据机，由第一压力传感器、第二压力传感器、垂向 加速度计、前向加速度计、微处理器、存储器以及电源管理器组成；微处理器包括4个SPI 口、2个两线式串行总线I2C接口、2个串口以及多个输入输出I/O接口。具体连接关系如 图1所示。
[0037] 微处理器为STM32F103C8T6芯片。
[0038] 第一压力传感器为IPT0020A33R，用于测量飞机飞行面上的大气静压PH;第二压力 传感器为IPT0020A33R，测量飞机飞行时速度所产生的动压PD。
[0039] 存储器为M24128,用于存储工作参数，包括滤波处理深度、输出参数、参数通讯波 特率以及数据刷新率；滤波处理深度为每输出一次需要采样的数量、输出参数包括气压高 度和指示空速，参数通讯波特率为19200bps，输出口，数据刷新率为20Hz，每秒钟输出参数 的次数。
[0040] 电源管理器为MC78M05和MIC5207,二者的采集频率均为5. 26ms，MC78M05实现航 空用的28V转5V，MIC5207实现5V转3. 3V供电，满足STM32F103C8T6供电要求。
[0041] 其中微处理器通过4个SPI接口分别与IPT0020A33R、IPT0020A33R、垂向加速度计 和前向加速度计的进行通信；微处理器通过I2C接口与M24128通讯，通过I/O口控制LED， 通过2个串口为参数设置口和结果输出口。
[0042] 关于参数设置的说明，由于无人机系统设计不同，要求大气机与无人机飞行控制 计算机的通讯速率和数据刷新率也不同，通过设置口可对输出口的通讯速率和数据刷新率 进行设置。而设置口采用固定通讯速率9600bps，按照规定协议进行设置。
[0043] 关于压力和温度采集频率的说明，IPT0020A33R和IPT0020G33R每5. 26ms完成一 次压力数据采集输出，由于温度变化较压力变化缓慢，温度数据每100ms完成一次采集输 出。
[0044] 微处理器的工作流程如图2所示：每6ms从IPT0020A33R和IPT0020A33R