基于ARM处理器的无人机飞行控制系统的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于arm处理器的无人机飞行控制系统。

背景技术

无人机的飞行控制系统是一个多任务系统，功能较为复杂，同时要求具有很强的实时性和较高的可靠性。目前，大多数飞控软件仍采用前后台系统，后台程序是一个无限循环，前台则通过中断来处理事件。由于没有操作系统，前后台系统的实时性不高，数据处理能力不强，体积大。

传统的嵌入式系统设计中，多采用单任务的顺序机制。与时间相关性较强的事件靠定时中断来保证，这种编程方式的优势在于程序直观，但系统的稳定性、实时性较差。尤其当系统功能较复杂，同时对实时性要求较严格时，单任务机制的弱点便暴露无遗。

因此，实有必要提供一种新的基于arm处理器的无人机飞行控制系统以解决上述问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种基于arm处理器的无人机飞行控制系统，其具有强大的数据处理能力，较低的功耗，较强的灵活性和更高的集成度，以解决现有结束的基于arm处理器的无人机飞行控制系统数据处理能力弱，体积大的问题。

具体方案为：提供一种基于arm处理器的无人机飞行控制系统，所述控制系统包括基于arm处理器的主控模块和设置在所述arm处理器上的至少一个通信接口和至少一个显示接口,所述控制系统还包括与所述主控模块相连的遥控模块、信息采集模块和导航模块，所述主控模块获取所述信息采集模块获取的无人机飞行实施参数及遥控模块获取的遥控参数，经过算法计算,实时输出控制量到执行机构,从而实现控制或导航目的。

优选的，所述遥控模块负责接收遥控指令,采用中断方式接收数据，并将接受的数据进行处理后输入所述主控模块，所述主控模块根据遥控指令进行相应的控制响应。

优选的，所述信息采集模块包括姿态采集模块、gps模块、高度向模块和磁航向模块中的任意一种或多种。

优选的，所述姿态采集模块采集无人机的飞行姿态并将结果输入所述主控制模块，所述主控制模块进行控制率解算从而实现姿态控制。

优选的，所述gps模块每隔一设定时间更新一次数据，所述gps模块采用中断方式接收数据，并将所述数据输入到所述遥控模块，所述遥控模块进行导航参数的解算从而为无人机的导航提供依据。

优选的，所述控制系统还包括与所述遥控模块和所述主控模块相连的航线模块，所述航线模块内储存有具有多项属性的航点集合，所述主控模块调取所述航线模块内的数据并根据所述数据。

优选的，所述航点集合包含是属性有序号，经纬度，高度和航点特殊任务其中的任意一种或多种。

优选的，所述磁航向模块采集磁航向数据并将采集的数据输入所述主控模块和所述导航模块，所述主控模块调取所述航线模块内的期望航向数据并控制所述导航模块进行航线跟踪控制。

优选的，所述高度向模块通过进行高度与大气压的转换采集所述无人机的高度数据，并将所述高度数据输入所述主控模块进行高度稳定回路控制。

优选的，所述控制系统有主任务函数和多个子任务函数组成，所述子任务函数至少包括对应进行姿态控制的姿态控制函数、对应进行行航线跟踪控制的航线跟踪控制函数和对应高度稳定回路控制的高度控制函数。

本发明提供的基于arm处理器的无人机飞行控制系统所述控制系统包括基于arm处理器的主控模块和设置在所述arm处理器上的至少一个通信接口和至少一个显示接口,所述控制系统还包括与所述主控模块相连的遥控模块、信息采集模块和导航模块，所述主控模块获取所述信息采集模块获取的无人机飞行实施参数及遥控模块获取的遥控参数，经过算法计算,实时输出控制量到执行机构,从而实现控制或导航目的。本发明的控制系统基于arm处理器，具有强大的数据处理能力，较低的功耗，较强的灵活性和更高的集成度。

附图说明

图1为本发明基于arm处理器的无人机飞行控制系统的结构示意图；

图2为本发明基于arm处理器的无人机飞行控制系统的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚。下面将对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本发明一实施例的基于arm处理器(advancedriscmachine)的无人机飞行控制系统，其包括基于arm处理器的主控模块和设置在arm处理器上的与主控模块相连的遥控模块、导航模块、和至少一个信息采集模块。

主控模块每隔一设定时间获取所述信息采集模块获取的无人机飞行实施参数，并分别对相应参数进行处理和分析。

遥控模块与地面遥控遥测系统进行通信，负责接收遥控遥测系统发出的遥控指令。遥控模块负责向地面遥控遥测系统发送遥测数据，从主控模块获得飞行姿态等数据，以数据包协议形式，通过数传电台，把数据传送到地面遥控遥测系统。在实际应用过程中，地面遥控遥测系统可以为基站，也可以为可移动遥控装置。与此同时遥控模块将接受的遥控指令的数据进行处理后输入所述主控模块，主控模块根据遥控指令进行相应的控制响应。由于遥控模块随时接受遥控指令，需要cpu及时响应，采用中断方式接收数据，在内核响应中断，因而优选采用rtlinux系统(areal-timelinux,亦称作实时linux)，这样可以提供很高的实时性，并可以设置遥控指令优先级。

主控制模块获取信息采集模块获取的无人机飞行实施参数及遥控模块获取的遥控参数，经过算法计算,实时输出控制量到执行机构,从而实现控制或导航目的。

信息采集模块根据无人机的功能需求可以增加或减少，用于实现相对应功能的信息采集，具体包括姿态采集模块、gps模块、高度向模块和磁航向模块或其他功能所需的信息采集模块。信息采集模块可以独立实现数据或信息的采集，也可以与外接装置例如机载传感器相连，控制外接装置实现信息的采集。下面结合集中具体在本实施方式中使用的信息采集模块进行说明：

姿态采集模块与无人机的相对应结构进行连接、例如风门、升降舵、副翼舵、方向舵、伞控装置等，采集其相应的状态并可以控制改变相应状态。姿态采集模块采集无人机的飞行姿态并将结果输入所述主控制模块，姿态采集模块内进一步包括采集模块和姿态解算模块，主控制模块根据姿态解算模块的处理结果进行控制率解算从而实现姿态控制。

高度向模块通过进行高度与大气压的转换采集所述无人机的高度数据，并将所述高度数据输入主控模块进行高度稳定回路控制。具体的，通过设置或外接一个或多个高度传感器或气压传感器以及数据处理模块组合实现。

磁航向模块采集磁航向数据并将采集的数据输入所述主控模块和所述导航模块，所述主控模块调取所述航线模块内的期望航向数据并控制所述导航模块进行航线跟踪控制。具体在本实施方式中，通过设置或外接磁航向传感器实现。

gps模块每隔一设定时间更新一次无人机的gps数据，具体在本实施方式中，为每秒进行一次数据的更新。同遥控模块类似，gps模块采用中断方式接收数据，并将所述数据输入到主控模块，实现gps的数据的采集。

与此同时，控制系统还包括与所述遥控模块和所述主控模块相连的航线模块。gps模块、遥控模块、航线模块、导航模块共同实现无人机的导航功能。航线模块内储存有具有多项属性的一些列的航点集合，每个航点都有多项属性。主要属性有序号，经纬度，高度和航点特殊任务等属性，其中序号，经纬度表示航点自身的特有属性。高度和航点特殊任务标识航点在所在航线段的特点。提供给主控模块航线数据，主控模块调取航线模块内的数据并根据该数据进行飞行控制。所述遥控模块进行导航参数的解算从而为无人机的导航提供依据。导航模块主要是在自主导航中，根据当前航线信息以及gps获得当前位置进行导航计算，得到主控模块进行航线跟踪的参数。

此外，本发明的控制系统还可以根据实际需要设置其他功能模块，其原理均是相同的。

关系在arm处理器内部的级别设置，具体在本实施方式中，由于主控模块是控制系统的核心模块，功能复杂，是保证无人机稳定飞行的基础。所以优先级为最高，控制周期为10ms，遥控模块是急迫和关键的模块，采用中断接收，需要系统很快响应执行，优先级仅次于主控模块，姿态模块是姿态稳定的基础，也是紧迫任务，优先级放在遥控模块之后；高度模块，航向模块，gps模块是外回路控制，相对于内回路模块实时性要求不高，优先级放到后面；航线模块和导航模块相对简单，优先级放到遥测模块之后。

在本实施方式中，arm处理器采用的是cortex-a8处理器；cortex-a8处理器的主频1ghz，512mbddr3系统内存，用户可用空间430mb，256mbflash存储器，其中用户文件空间180mb，硬件浮点协处理器，硬件2d/3d加速器，板载microsd卡座(sdhc)，支持大容量数据存储。因此，具有强大的数据处理能力可以满足本发明的处理需求。

arm处理器上设置有至少一个通信接口和至少一个显示接口，用于与信息采集模块的外接装置或其他功能模块的连接，具体在本实施方式中，通信接口包括2路采用10m/100m自适应的以太网接口、2路与gpio复用管脚的can总线接口、5路波特率可达3mbps的标准uart串口、1路最高波特率400kbps的i2c接口以及4路支持虚拟串口设备usb高速主控接口(host)。显示接口为tft彩色lcd接口，具体可以采用18-bit并行rgb或lvds，使得接口所接外接显示装置的显示分辨率从320×240至1024×768均可支持。此外，在本实施方式中，arm处理器还包括通用数字io接口，具体采用32位通用gpio0–gpio31，这种io接口的各位方向独立可控。本实施方式中，部分的io接口与系统的部分标准接口复用管脚；优选的，采用gpio24、gpio25接口，上述接口均支持外部中断触发功能，上升沿有效硬件看门狗(wdt)，防止系统死锁，并可以支持-40℃至80℃的工业级的工作温度。

参照图2所示，控制系统的启动过程包括初始化硬件-kernel启动-内核运行-初始化硬件驱动程序-加载文件系统-执行脚本-启动控制软件。控制系统的控制软件由主任务函数main()和多个子任务函数组成，子任务函数分别对应多个功能模块用于实行相应的功能，其中至少包括对应进行姿态控制的姿态控制函数、对应进行行航线跟踪控制的航线跟踪控制函数和对应高度稳定回路控制的高度控制函数。具体的，任务uavdatacollection()进行数据的获取和处理，从机载传感器(陀螺单元，gps等)定时采样(周期10ms)获得无人机的姿态信息。任务uavdatacom()，从对应的uart通道获得确定飞行模式的控制命令，并且通过通信的备发送无人机获得信息。任务uavremotecontrol()，通过连接在uart通道，采用rs232接口的通信器件获得控制无人机的指令数据，并在外部的控制指令引导下进行遥控飞行。任务uavdatamainprocess()，通过处理获得的姿态数据根据控制算法得到控制量，并进行导航数据的正确性判断。任务uaverror()，当无人机系统出现故障时进行相应的错误处理操作。首先进行系统硬件和操作系统的初始化后，主任务main首先创建任务uavdatacollection()，获得无人机的姿态及位置数据，然后创建任务uavdatacom()，取得确定飞行模式的控制字，如为人工方式，则创建任务uavremotecontrol()进行遥控飞行；如果是自主方式，则创建任务uavdataprocess()得到控制量，如果发现数据出现异常，则通过任务uaverror()进行相应的处理。最后uavdatamainprocess()输出pwm方波，控制系统执行机构的操作。

本发明提供的基于arm处理器的无人机飞行控制系统所述控制系统包括基于arm处理器的主控模块和设置在所述arm处理器上的至少一个通信接口和至少一个显示接口,所述控制系统还包括与所述主控模块相连的遥控模块、信息采集模块和导航模块，所述主控模块获取所述信息采集模块获取的无人机飞行实施参数及遥控模块获取的遥控参数，经过算法计算,实时输出控制量到执行机构,从而实现控制或导航目的。本发明的控制系统基于arm处理器，具有强大的数据处理能力，较低的功耗，较强的灵活性和更高的集成度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。