飛控系統(tǒng)實時采集各傳感器測量的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)、接收無線電測控終端傳輸?shù)挠傻孛鏈y控站上行信道送來的控制命令及數(shù)據(jù)，經(jīng)計算處理，輸出控制指令給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對無人機中各種飛行模態(tài)的控制和對任務(wù)設(shè)備的管理與控制；同時將無人機的狀態(tài)數(shù)據(jù)及發(fā)動機、機載電源系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)實時傳送給機載無線電數(shù)據(jù)終端，經(jīng)無線電下行信道發(fā)送回地面測控站。按照功能劃分，該飛控系統(tǒng)的硬件包括：主控制模塊、信號調(diào)理及接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊以及舵機驅(qū)動模塊等。具體的硬件構(gòu)成原理如圖1所示。

　　小型無人機飛控計算機系統(tǒng)設(shè)計詳解

　　模塊功能

　　各個功能模塊組合在一起，構(gòu)成飛行控制系統(tǒng)的核心，而主控制模塊是飛控系統(tǒng)核心，它與信號調(diào)理模塊、接口模塊和舵機驅(qū)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(chǔ)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(xiàn)一次開發(fā)，多型號使用，降低系統(tǒng)開發(fā)成本的目的。系統(tǒng)主要完成如下功能：

　　（1）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(fā)動機轉(zhuǎn)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(shù)有限，所以使用了另外的數(shù)據(jù)采集電路，其片選和控制信號是通過EPLD中譯碼電路產(chǎn)生的。

　　（2）輸出開關(guān)量信號、模擬信號和PWM脈沖信號等能適應(yīng)不同執(zhí)行機構(gòu)（如方向舵機、副翼舵機、升降舵機、氣道和風(fēng)門舵機等）的控制要求。

　　（3）利用多個通信信道，分別實現(xiàn)與機載數(shù)據(jù)終端、GPS信號、數(shù)字量傳感器以及相關(guān)任務(wù)設(shè)備的通信。由于CPU自身的SCI通道配置的串口不能滿足系統(tǒng)要求，設(shè)計中使用多串口擴展芯片28C94來擴展8個串口。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　該系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為2部分，即邏輯電路芯片EPLD譯碼電路的程序設(shè)計和飛控系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計。

　　邏輯電路程序設(shè)計

　　EPLD 用來構(gòu)成數(shù)字邏輯控制電路，完成譯碼和隔離以及為A／D，D／A，28C94提供片選信號和讀／寫控制信號的功能。該軟件的設(shè)計采用原理圖輸入和 VERILOG HDL語言編程的混合設(shè)計方式，遵循設(shè)計輸入→設(shè)計實現(xiàn)→設(shè)計校驗→器件編程的流程。系統(tǒng)使用了兩片ispLSI1048芯片，分別用來實現(xiàn)對 A／D，D／A的控制和對串口擴展芯片28C94的控制。

　　系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計

　　由于 C語言不但能夠編寫應(yīng)用程序、系統(tǒng)程序，還能像匯編語言一樣直接對計算機硬件進行控制，編寫的程序可移植性強。由于以DSP為核心設(shè)計的系統(tǒng)中涉及到大量對外設(shè)端口的操作，以及考慮后續(xù)程序移植的工作，所以飛控系統(tǒng)的應(yīng)用程序選用BC 3．1來設(shè)計，分別實現(xiàn)飛行控制和飛行管理功能。

　　軟件按照功能劃分為4個模塊：時間管理模塊、數(shù)據(jù)采集與處理模塊、通信模塊、控制律解算模塊。通過時間管理模塊在毫秒級時間內(nèi)對無人機進行實時控制；數(shù)據(jù)采集模塊采集無人機的飛行狀態(tài)、姿態(tài)參數(shù)以及飛行參數(shù)、飛行狀態(tài)及飛行參數(shù)進行遙測編碼并通過串行接口傳送至機載數(shù)據(jù)終端，通過無線數(shù)據(jù)信道發(fā)送到地面控制站進行飛行監(jiān)控；姿態(tài)參數(shù)通過軟件內(nèi)部接口送控制律解算模塊進行解算，并將結(jié)果通過D／A通道送機載伺服系統(tǒng)，控制舵機運行，達到調(diào)整、飛機飛行姿態(tài)的目的；通信模塊完成飛控計算機與其他機載外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換功能。

　　利用高速DSP控制芯片在控制律計算和數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢及其豐富的外部資源，配合大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨏PLD以及串行接口擴展芯片28C94設(shè)計小型機載飛控計算機，以其為核心設(shè)計的小型無人機飛控系統(tǒng)具有功能全，體積小，重量輕，功耗低的特點，很好地滿足了小型無人機對飛控計算機高精度、小型化、低成本的要求。該設(shè)計已成功應(yīng)用于某驗證無人機系統(tǒng)。

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