无人机测试数据采集系统设计

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1、无人机测试数据采集系统设计　　摘要：针对无人机的旋转运动和短距离移动等环节的测试，给出一种数据采集系统硬件平台的设计方案，设计了以STM32F103VE，C8051F340为控制核心的主控制器模块、信号采集模块等硬件系统。在此基础上，进一步完成了硬件设备的程序设计，数据采集系统通信协议设计以及LabVIEW测试软件的开发。最后，对数据采集系统进行调试试验，最终验证和实现了系统的数据采集，无线数据传输，上位机数据显示存储等功能。　　关键词：数据采集；无人机测试；无线数据通信；LabVIEW　　中图分类号：TN911?34；TQ028.1文献标识码：A文章编号：1004?

2、373X（2016）01?0049?05　　0引言　　随着无人机相关技术的发展，无人机的使用范围已拓展至军事、民用和科研三大领域[1]。目前无人机已经可以完成很多高难度的任务，飞行控制系统也更加复杂，无人机在执行工作任务中出现故障的几率也越来越高[2]。因此在研制无人机过程中必须通过测试试验才能最后完成研制工作，通过对无人机测试参数的测量，获得无人机关键设备的工作状态[3]，对于提高无人机性能和故障诊断具有重要的意义。10　　以往的数据采集系统使用的较多的是PCI总线或者PXI总线的数据采集卡，采用并行方式进行数据传输，因此这种数据采集系统可以达到较高的数据采集、传输

3、速度，但是由于通用计算机通常不具备PCI和PXI总线接口，所以这种数据采集系统只能应用在某些固定场合[4]，通用性比较低。本文基于虚拟仪器技术和数据采集系统的射频技术，设计了一种基于LabVIEW和射频通信技术的数据采集系统，完成了数据采集系统的软硬件设计，并通过对数据采集系统软硬件的协同调试，完成了数据采集系统采集数据、无线数据传输、上位机数据显示和存储等功能。　　1设计需求与总体方案　　1.1设计需求　　无人机测量信号的类型包含电压、电流、开关量信号、脉冲频率信号和标准通信协议接口信号[5]。无人机数据采集系统的功能组成如下：　　（1）信号调理部分。根据传感器的电

4、特性和输出决定信号调理电路的结构和性能，包括电压的限幅和电平转换、电隔离、电流电压转换、阻抗变换、滤波等。　　（2）数据采集部分。包括采集电压信号（-10～10V）、电流信号（0～20mA）、频率信号（最低测试频率为10Hz）、开关量信号，同时设计RS232接口、RS485接口、USB接口完成数字信号的采集和传输。　　（3）无线数据收发部分。主要用于数据采集端与上位机的数据通信。无线传输技术增加了测试系统数据传输灵活性，满足旋转测试和长距离运动测试过程数据收发要求。　　（4）上位机测试软件。通过集成硬件平台设备驱动，完成上位机与下位机通信，上位机通过发送采集命令控制数

5、据采集卡工作，实现采集数据的实时显示、分析、存储功能。　　1.2总体方案10　　数据采集系统主要由数据采集传输部分和终端计算机数据显示处理部分组成。其中数据采集部分放置于无人机测试端，终端处理部分放置于一定距离以外的地面进行数据的接收和显示[6]。系统的具体实现是在将数据采集装置置于无人机测试端，由终端计算机软件发送采集命令信息，数据采集板卡接收采集命令数据包，按照上位机发送的命令完成指定功能的数据采集，并将采集数据实时发送到上位机端进行实时显示、存储并完成后续的数据回放和分析工作。整个数据采集系统的总体构成如图1所示。　　2系统的硬件设计　　2.1数据采集主控制器模

6、块设计　　在本设计中，数据采集主控制芯片选取基于ARMCortex?M3内核的STM32F103VE微控制器，采用适合于微控制器应用的三级流水线并增加了分支预测功能。指令总线和数据总线各自独立，微控制器能够同时进行指令读取和数据读/写操作，采用位绑定的方法解决了ARM内核不支持位操作的问题。　　STM32F103VE通过外接8MHz高速晶振，工作频率可达72MHz，在此工作频率下的执行速度为1.25DMIPS/MHz，内置512KB的闪存存储器和64KB的SRAM，具有80个增强的通用I/O口和多种外设，包括：3个12位的ADC，拥有16个采样通道和多种采样模式，12

7、通道DMA控制器，4个通用16位定时器，2个PWM定时器和2个看门狗定时器，2个I2C、3个SPI、2个I2S、1个SDIO、5个USART、1个USB和1个CAN接口，非常适合应用于工业控制领域。4个片选端的静态存储器控制器，提供并行LCD接口，兼容8080/6800模式，支持扩展SD卡，SRAM，PSRAM，NOR和NAND存储器。10　　2.2无线数据发射与接收模块设计　　在本设计中，无线数据采集系统的数据发射与接收功能通过TI公司生产的CC1101无线射频芯片来实现，CC1101无线射频芯片连接数据采集端与PC机端，用于完成两端的数据通信，包