[發明專利]基于ARM和FPGA架構的固定翼無人機自動駕駛儀

無效

• 申請號: 201210325358.2
• 申請日: 2012-09-05
• 公開（公告）號: CN102830708A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 耿慶波;劉浪華;費慶;田培崗;王曉平
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于ARM和FPGA架構的固定翼無人機自動駕駛儀，其特征在于：包括處理器模塊，FLASH模塊，SDRAM模塊，FPGA配置模塊，傳感器模塊，A/D轉換模塊，舵機控制信號輸出模塊，遙控接收機模塊，數傳電臺模塊，GPS接收機模塊，串口可擴展模塊，復位電路模塊，系統供電模塊；其中，處理器模塊基于ARM和FPGA架構，包括主處理器ARM與協處理器FPGA；傳感器模塊包括三軸角速率陀螺、三軸加速度計、動壓傳感器、靜壓傳感器；

主處理器包括串口通信模塊、控制導航模塊、解姿態解算模塊、遙控量接收模塊、傳感器讀取模塊和控制量輸出模塊；串口通信模塊和傳感器讀取模塊的輸出分別連接至控制導航模塊和姿態解算模塊，姿態解算模塊的輸出與控制導航模塊相連，控制導航模塊和遙控量接收模塊的輸出分別與控制量輸出模塊相連；

協處理器作為主處理器的外設，主處理器按操作自身存儲空間的方式對協處理器進行操作；主處理器和協處理器通過數據線和地址線連接，數據線設計為8根，數據以字節的形式傳送；與協處理器連接的每一個傳感器分配一個獨立固定的地址空間，主處理器通過地址線直接對特定地址進行讀寫，實現對該地址相對應的傳感器進行操作，傳感器讀取的數據直接通過數據線傳遞到主處理器，實現了雙處理器之間的數據交換；

協處理器包括頂層模塊、A/D讀取模塊、毛刺去除模塊、接收機讀取模塊、氣壓傳感器讀取模塊和PWM信號輸出模塊；頂層模塊分別與A/D讀取模塊、接收機讀取模塊、氣壓傳感器讀取模塊和PWM信號輸出模塊相連接，毛刺去除模塊與接收機讀取模塊連接；頂層模塊與主處理器進行數據交換，通過識別主處理器地址線上發過來的地址，判斷操作指令并對A/D讀取模塊、接收機讀取模塊、氣壓傳感器讀取模塊或PWM信號輸出模塊進行相應的操作，將獲得的數據傳回給主處理器；

A/D讀取模塊通過模擬SPI接口與A/D轉換器相連，實現數據輸入和輸出的控制；接收機讀取模塊采集手控接收機的PWM信號，毛刺去除模塊與遙控接收機的各個輸入通道相連，對接收機的輸入信號進行去噪處理，避免噪聲信號對自駕儀的干擾；氣壓傳感器模塊與動壓、靜壓傳感器通過模擬的SPI接口相連；PWM信號輸出模塊與舵機控制輸出模塊相連，接收從頂層模塊傳過來的PWM信號，經過處理之后輸出到舵機控制輸出模塊；

傳感器模塊包括三軸角速率陀螺、三軸加速度計、動壓傳感器、靜壓傳感器；各部分輸出與A/D轉換模塊相連；動壓傳感器用來測量無人機飛行中的動壓，靜壓傳感器用來測量無人機的靜壓，二者為數字傳感器，通過模擬的SPI接口與協處理器FPGA連接；

A/D轉換模塊完成三軸角速率陀螺、三軸加速度計及系統輸入的飛控電壓的模數轉換，通過模擬SPI接口與FPGA連接；

舵機控制輸出模塊與FPGA連接，對FPGA輸出的舵機控制PWM信號進行放大，并輸出到無人機的各個舵機上；

遙控接收機模塊接收外圍的RC接收機的PWM控制信號，與FPGA相連；

數傳電臺模塊通過串口通信協議與主處理器相連，完成自駕儀與地面站之間的數據交換；

GPS接收機模塊通過串口通信協議與主處理器連接，實時接收GPS信息并傳送給自駕儀；

系統供電模塊對外圍的直流供電電壓進行分類轉換；

系統各組成的連接關系為：數傳電臺模塊、GPS接收機模塊和串口擴展模塊分別連接至主處理器的串口通信模塊；主處理器的遙控量接收模塊、傳感器讀取模塊和控制量輸出模塊分別與協處理器的頂層模塊相連；FLASH模塊、SDRAM模塊分別與主處理器擴展接口相連；FPGA配置模塊與協處理器的配置接口相連；復位電路模塊分別連接到ARM和FPGA的復位引腳；系統供電模塊分別為ARM、FPGA、A/D轉換模塊提供合適的工作電壓。

2.根據權利要求1所述的基于ARM和FPGA架構的固定翼無人機自動駕駛儀，其特征在于：包括手動控制和自動控制；在手動控制模式時，遙控量接收模塊從FPGA獲取接收機的控制量后，直接給到控制量輸出模塊，由控制量輸出模塊把PWM舵機控制信號輸出到FPGA；在自動控制模式時，串口通信模塊通過串口通信協議從串口讀取數傳電臺和GPS接收機的數據，同時傳感器讀取模塊從FPGA獲取傳感器數據，姿態解算模塊綜合GPS數據和慣性傳感器數據計算出無人機的姿態角，最終數據匯總到控制導航模塊，計算出舵機的控制量，由控制量輸出模塊輸出給FPGA。