无人机原理
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2023年3月17日发(作者：焊工考试)1/4
微型无人机的构成原理及模块
微型无人机的构成原理及模块
无人机的飞控已经拥有了一套完整的计算程序，而随着无人
机体积的变小，又对飞控的（计算机）的精度提出了更高的
要求。同时，小型无人机受限于体积的减少，要求对飞控计
算机的功耗和体积也提出了很高的要求。
在众多处理器芯片中，最适合小型飞控计算机CPU的芯片
当属TI公司的TMS320LF2407，其运算速度以及众多的外
围接口电路很适合用来完成对小型无人机的实时控制功能。
它采用哈佛结构、多级流水线操作，对数据和指令同时进行
读取，片内自带资源包括16路10位A／D转换器且带自动
排序功能，保证最多16路有转换在同一转换期间进行，而
不会增加CPU的开销；40路可单独编程或复用的通用输入
／输出通道；5个外部中断；集成的串行（通信）接口（SCI），
可使其具备与系统内其他控制器进行异步（RS485）通信的
能力；16位同步串行外围接口（SPI）能方便地用来与其他
的外围设备通信；还提供看门狗定时器模块（WDT）和CAN
通信模块。
高通SnapdragonFlight平台
高通SnapdragonFlight平台由高通子公司Qualcomm
Technologies打造，参考板大小仅58x40mm，还提供了
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无人机软件和相关开发工具。可为无人机提供视频、影像捕
捉、通讯以及导航方面的支持。
SnapdragonFlight平台
在续航能力上，高通SnapdragonFlight平台声称可以将续
航时间从20分钟提高至1小时以上。SnapdragonFlight
平台，内置改良过的骁龙801处理器（Adreno330GPU），
支持4K拍摄，支持快速充电。同时，集成了Qualcomm
HexagonDSP，可为无人机是提供实时控制，还有双频
802.11nWi-Fi、蓝牙4.0、全球导航卫星系统等支持。
飞控系统组成模块
飞控系统实时采集各（传感器）测量的飞行状态数据、接收
无线电测控终端传输的由地面测控站上行信道送来的控制
命令及数据，经计算处理，输出控制指令给执行机构，实现
对无人机中各种飞行模态的控制和对任务设备的管理与控
制；同时将无人机的状态数据及发动机、机载电源系统、任
务设备的工作状态参数实时传送给机载无线电数据终端，经
无线电下行信道发送回地面测控站。
按照功能划分，该飞控系统的硬件包括：主控制模块、信号
调理及接口模块、数据采集模块以及舵机驱动模块等。
各个功能模块组合在一起，构成飞行控制系统的核心，而主
控制模块是飞控系统核心，它与信号调理模块、接口模块和
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舵机驱动模块相组合，在只需要修改软件和简单改动外围电
路的基础上可以满足一系列小型无人机的飞行控制和飞行
管理功能要求，从而实现一次开发，多型号使用，降低系统
开发成本的目的。
系统主要功能实现原理
（1）完成多路模拟信号的高精度采集，包括陀螺信号、航
向信号、舵偏角信号、发动机转速、缸温信号、动静压传感
器信号、电源电压信号等。由于CPU自带A／D的精度和
通道数有限，所以使用了另外的数据采集电路，其片选和控
制信号是通过EPLD中译码电路产生的。
（2）输出开关量信号、模拟信号和PWM脉冲信号等能适
应不同执行机构（如方向舵机、副翼舵机、升降舵机、气道
和风门舵机等）的控制要求。
（3）利用多个通信信道，分别实现与机载数据终端、GPS
信号、数字量传感器以及相关任务设备的通信。由于CPU
自身的SCI通道配置的串口不能满足系统要求，设计中使用
多串口扩展芯片28C94来扩展8个串口。
系统的计算软件
一般的系统软件分为两大部分：逻辑电路芯片EPLD译码电
路的程序设计和飞控系统的应用程序设计。
在逻辑电路程序里面，是通过EPLD来控制电路，完成译码
和隔离以及为A／D，D／A。该流程的设计采用原理图输入
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和VERILOGHDL语言编程的混合设计方式，遵循设计输入
设计实现设计校验器件编程的流程。
在飞控系统的应用软件设计方面，按照功能划分为4个模块：
时间管理模块、数据采集与处理模块、通信模块、控制律解
算模块。
通过时间管理模块在毫秒级时间内对无人机进行实时控制；
数据采集模块采集无人机的飞行状态、姿态参数以及飞行参
数、飞行状态及飞行参数进行遥测编码并通过串行接口传送
至机载数据终端，通过无线数据信道发送到地面控制站进行
飞行监控；姿态参数通过软件内部接口送控制律解算模块进
行解算，并将结果通过D／A通道送机载伺服系统，控制舵
机运行，达到调整、飞机飞行姿态的目的；通信模块完成飞
控计算机与其他机载外设之间的数据交换功能。
（总结）
在无人机逐渐趋向小型化的时代里，高效节能的DSP，是一
切运算的保证，同时在运算法则上面，也是限制无人机继续
变小的一大原因。随着科技的进步，现在迷你无人机的产品
中，有大部分的无人机已相当可靠，即使体积只有手掌的四
分之一。