基于arm11+cpld的小型无人机飞行控制器设计

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1、万方数据通信与信息处理《自动化技术与应用*20l2年第3l卷第4期基于ARM11+CPLD的小型无人机飞行控制器设计★郑积仕1一，蒋新华1一．陈兴武2(1．中南大学信息与工程学院，湖南长沙410083；2．福建工程学院，福建福州350001)摘要：本文针对小型无人机控制精度低、实时性不足的问题，设计了基于ARMll+CPLD的飞行控制器。阐述该飞行控制器的硬件总体架构，各传感器与ARMll接口设计，CPLD并行多路PwM输入、输出设计l阐述硬件的驱动，导航控制、姿态控制的算法设计与实现。该飞行控制器的飞行测试结果理想。关键词

2、：ARMll微处理器，CPLD，小型无人机，飞行控制器中图分类号：V249；TP273文献标识码：A文章编号：1003—7241(2012)04一0029—06TheDeSignOfaSma¨UAV’SF¨ghtCOntrO¨erBasedOnARMll+CPLDZHENGJi—shil’2JIANGXin_hua比，CHENXin-wu2(Cen仃alSoumUniversi吼Ch锄gsha，410083China；Fuji锄UniVersityofTcctlIlology’Fuztlou350108Cllina)Abst

3、ract：ThedesignofmenightcontrollerbasedonARMll+CPLDispresentedinthispaperairIlingtosoIVethelowaccuracyarIdmeinadequacyofrealtimeinttIecontmlofUAV(UnaIIledAirc嘶V曲eicle)．nleovemllfhmeoft11eni曲tconnDller一，一hardware．山edIesignoftheinterfacebetweenARMlandseveralsensorsand

4、山e￡IesignofmultiDarallelPWMcontrolsinCPLDareallpfesented．Furthe咖ore，thispaperaIsoelaboratesthehardwaredriveandt11ealgorithmdesignandfulfillmentoftllenavigationcontrolaⅡdtheattitudecontrDl．ThenighttcstshowsthefIightcon仃oUerworl【sweU．Keywords：ARMllMCU；CPLD；smallUAV：n

5、ightcontrol1引言小型无人机具有重量轻、使用费用低、机动灵活等特点，在军用、民用领域有着广泛的应用。在民用领域，无人机可搭载不同任务载荷完成诸如国土资源保护、城市规划、电视台航拍、大气监测、交通监察、边境及海岸线巡逻、灾情监视等任务，在军事上，可以执行空中侦察、充当靶机、导弹攻击、充当诱饵、战场损伤评估和电子站等任务，已成为许多国家军队的主要武器装备。·基金项目：福建省科技厅重点项目(编号209H02)；福建省教育厅重点项目(编号J^11186)收稿日期：2011—12—08飞行控制器承担着无人机的姿态控制、导航控

6、制、与地面控制站的通信、任务载荷控制等任务，是小型无人机的核心。评价小型无人机的飞行控制器的优劣的指标之一是其控制的精度。提高飞行控制器的控制精度的方法有：提高获取飞机状态信息的精度，采用先进的控制算法提高控制性能【l-3】，提高控制指令输出的实时性等。而要实现以上目标就须有高性能的MCU和合理的硬件电路设计。本文针对这一问题，设计了基于ARMll(S3C6410)+CPLD(EPMl270)的飞行控制器。ARMll架构的MCUS3C6410接口丰富、运算速度快lCPLD芯片的应用提高了系统的实时性。以下将阐述该飞行控制器的

7、设计。万方数据《自动化技术与应用”2012年第3l卷第4期通信与信息处理2飞行控制器硬件系统的设计本文飞行控制器以S3C6410和CPLD(EPMl270)为核心，将无人机系统各部分有机整合，硬件构架具体如旧1昕小。臣囤∞专图l无人机系统硬件总体构架S3C6410采用ARMll76JZF—S的核，该核在电压为1．2V的情况下，可以运行到667MHz【4

8、，高主频保证了飞控有较强的计算能力。S3C6410拥有丰富的接口，本文通过UART串口通讯连接了GPS模块和数传电台；SPI通讯接口连接了ADISl6365惯性系统传感器(含

9、加速度、角速度传感器)，两个MS5540气压传感器。S3C6410可连接大容量内存和FLASH，本设计中配置了256M的DDRRAM和1G的NANDFLASH，大容量的内存是飞控进行大量计算及数据存储的保证。而CPLD模块选用ALTERA公司的EPMl270芯片，该模块完成遥控接收机控制指