一种飞行控制平台的制作方法

xiaoxiao2021-3-1  163

一种飞行控制平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行器控制技术领域,特别是涉及一种飞行控制平台。
【背景技术】
[0002]飞行控制系统(flightcontrol system)是指飞行器在飞行过程中能够对飞行器的构形、飞行姿态和运动参数实施控制的系统。该系统可用来保证飞行器的稳定性和操纵性、提高完成任务的能力与飞行品质、增强飞行的安全及减轻驾驶员负担。飞行控制系统的分类从不同角度出发有不同的分类方法。根据控制指令由驾驶员发出,另一类是自动飞行控制系统,其控制指令是系统本身自动产生的。
[0003]无人驾驶飞机简称“无人机”,英文缩写为“UAV”,是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为:无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。无人机按应用领域,可分为军用与民用。军用方面,无人机分为侦察机和靶机。无人机+行业应用,是无人机真正的刚需。目前在航拍、农业植保、测绘等领域的应用,大大的拓展了无人机本身的用途。
[0004]目前针对无人机的飞行控制平台有以下局限性:第一是核心处理器由功能单一的MCU(microcontrol Ier)组成,该类型处理器处理能力有限,无法执行实时性处理;第二个问题是输入输出接口(I/O)数量有限,从而使与外部传感器的连接受限,无法进行功能拓展。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种飞行控制平台,以解决目前已有的飞行控制平台处理器处理能力有限无法执行实时性处理以及与外部传感器的连接受限,无法进行功能拓展的技术问题。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种飞行控制平台,其包括:
[0007]片上系统,所述片上系统集成了处理器和现场可编程门阵列;利用所述片上系统实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序、顶层的通信调度功能、底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分;
[0008]飞行控制传感器,所述飞行控制传感器至少能够获取飞行速度信号、飞行高度信号、所处位置信号、气压信号;
[0009]输入/输出接口,所述输入/输出接口用于连接所述片上系统和飞行控制传感器。
[0010]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,片上系统的处理器实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序和顶层的通信调度功能;片上系统的现场可编程门阵列实现以下运算:底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分。
[0011]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,片上系统的处理器至少包括第一处理器核心和第二处理器核心,所述第一处理器核心实现飞行控制算法的主程序的运算,所述第二处理器核心实现顶层的通信调度功能的运算。
[0012]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,底层的大运算量算法包括常规卡尔曼滤波算法及自定义算法,可在片上系统的现场可编程门阵列部分实现实时处理。
[0013]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,通信协议的编码-解码部分包括I2C通用通信模块、UART通用通信模块、CAN通用通信模块、SPI通用通信模块,以及PWM/PPM的编码-解码模块可在片上系统的现场可编程门阵列部分实现实时处理。
[0014]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,所述输入/输出接口包括:
[0015]可配置脉冲宽度调制接口,用于与电机、遥控器或地面站连接;
[0016]一般兼容性通用通信接口,所述通信接口兼容以下协议:12(:、1^1?1'、3?1、0八1
[0017]自定义1接口,该部分接口连接FPGA自定义1,可作为自定义接口连接外部传感器;
[0018]数-模转换接口:用于监测外部的电压、气压等模拟信号;
[0019]GPS 天线接口;
[0020]USB接口,用于与上位机及其他USB接口外部设备连接;
[0021]网口,用于与上位机互连及远程固件升级;
[0022]联合测试工作组接口,用于芯片内部测试。
[0023]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,所述飞行控制传感器利用GPS模块获得所处位置信号,利用气压传感器获得气压信号。
[0024]本发明如上所述的飞行控制平台,进一步,所述飞行控制平台为无人机的飞行控制平台。
[0025]本发明的有益效果是:
[0026]本发明飞行控制平台以SoC(system on chip)技术为核心,采用FPGA(FieldProgramrable Gate Array)+MCU(Microcontroller)作为核心处理器,一部分飞行控制算法由FPGA完成,保证了算法执行的实时性;一部分控制调度功能由MCU完成,保证了系统编程的灵活性。
[0027]本发明飞行控制平台的V0数量由FPGA 一 1和MCU — 1联合组成,大大拓展了飞控系统I/o的数量和配置的灵活性。
[0028]本发明飞行控制平台集成一系列飞行控制传感器(惯性测量单元頂U,气压传感器等)和GPS接收器,具有完备的导航功能。
【附图说明】
[0029]通过结合以下附图所作的详细描述,本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解,这些附图只是示意性的,并不限制本发明,其中:
[0030]图1为本发明一种实施例的片上系统不意图;
[0031]图2为本发明另一种实施例的片上系统示意图。
[0032]附图中,各标号所代表的部件列表如下:
[0033]1、片上系统,2、处理器,21、第一处理器核心,22、第二处理器核心,3、现场可编程门阵列。
【具体实施方式】
[0034]在下文中,将参照附图描述本发明的飞行控制平台的实施例。
[0035]在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0036]本说明书的附图为示意图,辅助说明本发明的构思,示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意,为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构,各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
[0037]针对以上无人机飞行控制平台的缺陷,本发明提出的无人机系统具有以下创新来解决上述问题:
[0038]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种飞行控制平台,其 包括:
[0039]片上系统(system on chip),所述片上系统集成了处理器(Microcontroller)和现场可编程门阵列(Field Programrable Gate Array);利用所述片上系统实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序、顶层的通信调度功能、底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分;
[0040]飞行控制传感器,所述飞行控制传感器至少能够获取飞行速度信号、飞行高度信号、所处位置信号;在优选的实施例中,所述飞行控制传感器利用GPS模块获得所处位置信号,利用气压传感器获得气压信号。
[0041]输入/输出接口,所述输入/输出接口用于连接所述片上系统和飞行控制传感器。
[0042]本发明飞行控制平台以SoC(system on chip)技术为核心,采用FPGA(FieldProgramrable Gate Array)+MCU(Microcontroller)作为核心处理器,一部分飞行控制算法由FPGA完成,保证了算法执行的实时性;一部分控制调度功能由MCU完成,保证了系统编程的灵活性。
[0043]如图1所示,为一种实施例的片上系统及其运算控制示意图,其中片上系统I的处理器2实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序和顶层的通信调度功能;片上系统的现场可编程门阵列3实现以下运算:底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分。
[0044]如图1所示,为一种实施例的片上系统及其运算控制示意图,片上系统I的处理器2至少包括第一处理器核心21和第二处理器核心22,所述第一处理器核心21实现飞行控制算法的主程序的运算,所述第二处理器核心22实现顶层的通信调度功能的运算。
[0045]在本发明上述实施例的具体实施过程中,底层的大运算量算法包括常规卡尔曼滤波算法及自定义算法。通信协议的编码-解码部分包括I2C通用通信模块、UART通用通信模块、CAN通用通信模块、SPI通用通信模块,以及PWM/PPM的编码-解码模块。
[0046]在本发明上述实施例的具体实施过程中,所述输入/输出接口包括:
[0047]可配置脉冲宽度调制接口,用于与电机、遥控器或地面站连接;
[0048]一般兼容性通用通信接口,所述通信接口兼容以下协议:12(:、1^1?1'、5?1、0八1
[0049]自定义10接口,该部分接口连接FPGA自定义10,可作为自定义接口连接外部传感器;
[0050]数-模转换接口:用于监测外部的电压、气压等模拟信号;
[0051]GPS 天线接口;
[0052]USB接口,用于与上位机及其他USB接口外部设备连接;
[0053]网口,用于与上位机互连及远程固件升级;
[0054]联合测试工作组接口,用于芯片内部测试。
[0055]上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合,本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合,以实现本发明之目的为准。
【主权项】
1.一种飞行控制平台,其特征在于,包括: 片上系统,所述片上系统集成了处理器和现场可编程门阵列;利用所述片上系统实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序、顶层的通信调度功能、底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分; 飞行控制传感器,所述飞行控制传感器至少能够获取飞行速度信号、飞行高度信号、所处位置信号、气压信号; 输入/输出接口,所述输入/输出接口用于连接所述片上系统和飞行控制传感器。2.根据权利要求1所述的飞行控制平台,其特征在于,片上系统的处理器实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序和顶层的通信调度功能;片上系统的现场可编程门阵列实现以下运算:底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分。3.根据权利要求2所述的飞行控制平台,其特征在于,片上系统的处理器至少包括第一处理器核心和第二处理器核心,所述第一处理器核心实现飞行控制算法的主程序的运算,所述第二处理器核心实现顶层的通信调度功能的运算。4.根据权利要求1-3任一项所述的飞行控制平台,其特征在于,底层的大运算量算法包括常规卡尔曼滤波算法及自定义算法,可在片上系统的现场可编程门阵列部分实现实时处理。5.根据权利要求1-3任一项所述的飞行控制平台,其特征在于,通信协议的编码-解码部分包括I2C通用通信模块、UART通用通信模块、CAN通用通信模块、SPI通用通信模块,以及PWM/PPM的编码-解码模块可在片上系统的现场可编程门阵列部分实现实时处理。6.根据权利要求4所述的飞行控制平台,其特征在于,通信协议的编码-解码部分包括12C通用通信模块、UART通用通信模块、CAN通用通信模块、SPI通用通信模块,以及PWM/PPM的编码-解码模块可在片上系统的现场可编程门阵列部分实现实时处理。7.根据权利要求1所述的飞行控制平台,其特征在于,所述输入/输出接口包括: 可配置脉冲宽度调制接口,用于与电机、遥控器或地面站连接; 一般兼容性通用通信接口,所述通信接口兼容以下协议:12C、UART、SP1、CAN; 自定义1接口,该部分接口连接FPGA自定义1,可作为自定义接口连接外部传感器; 数-模转换接口:用于监测外部的电压、气压等模拟信号; GPS天线接口; USB接口,用于与上位机及其他USB接口外部设备连接; 网口,用于与上位机互连及远程固件升级; 联合测试工作组接口,用于芯片内部测试。8.根据权利要求1所述的飞行控制平台,其特征在于,所述飞行控制传感器利用GPS模块获得所处位置信号,利用气压传感器获得气压信号。9.根据权利要求1所述的飞行控制平台,其特征在于,所述飞行控制平台为无人机的飞行控制平台。
【专利摘要】本发明公开了一种飞行控制平台,其包括:片上系统,所述片上系统内部包括处理器和现场可编程门阵列;利用所述片上系统实现以下飞行控制运算:飞行控制算法的主程序、顶层的通信调度功能、底层的大运算量算法和通信协议的编码-解码部分;飞行控制传感器,所述飞行控制传感器至少能够获取飞行速度信号、飞行高度信号、所处位置信号;输入/输出接口,所述输入/输出接口用于连接所述片上系统和飞行控制传感器。本发明飞行控制平台具有处理能力强、I/O拓展程度高的特点;该飞行控制平台不仅可以实时完成复杂度高的飞行控制处理算法,并且可以与外部传感器进行互连,与现有飞控技术相比具有显著的技术先进性。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105487446
【申请号】CN201511000072
【发明人】王宗博, 冀连营, 王伟光
【申请人】木牛(青岛)科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月25日

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