基于fpga的无人机控制器设计与实现

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1、万方数据第21卷第6期电子设计工程2013年3月V01．2lNo．6ElectronicDesignEngineeringMar．2013基于FPGA的无人机控制器设计与实现曲昱。曹辉(西北工业大学第365研究所，陕西西安710072)摘要：根据无人机系统的控制特点。提出了一种基于FPGA的无人机控制器设计方案，并完成了该方案的软硬件设计。该方案将键盘扫描、AD采样、指令编码与显示和指令异步串行发送等功能模块集成到FPGA内部，简化了控制器硬件结构。实际应用表明。该无人机控制器具有指令群延时低、功能可扩展性强等优点，能够满足使用要求。关键词：无人机控制器；嗍；键盘扫描；UART中图分类号：

2、TN702文献标识码：A文章编号：1674-6236(2013)06-(1021-03DesignandimpiementationofUAVcontrollerbasedonFPGAQuYu，CAOHui(The365thResearchInstituteofNorthwesternPolytechnicalUnivers毋，Xi’m710072，China)Al袖raet：AccordingtothecontrolcharacteristicsoftheUAVsystem，thedesignforUAVcontrollerbasedonFPGAisproposedinthispaper

3、．Inordertosimplifythehardwarestructureofthecontroller，functionmodulessuchasKeyboardscanning，ADsampling，instructionencodinganddisplaying，andUARTwereintegratedintotheFPGA．Practical印plieationshowsthattheUAVcontrollerhaslowinstructiongroupdelay，andabletomeettherequirements．Keywords：UAVcontroller；FPGA；

4、keyboard—scan；UART无人机的飞行控制旧和机载电子设备的控制指令主要通过地面控制计算机中的软件或者无人机控制器产生。这两种相互独立的控制方式互为备份。而无人机控制器主要由硬件电路和嵌入式软件设计实现，不依赖于计算机，因此具有可靠性高、稳定性好等优点。是实现无人机远程遥控的主要方式之一。传统的无人机控制器主要由单片机、ARM和8279等芯片设计实现M，具有系统结构简单等优点，但是对于无人机控制系统对指令时延要求和测控系统时序同步等问题，该设计方法增加了测控设备软件的设计复杂度，特别针对滑跑起降型无人机遥控信道低延时数据传输的实际应用要求，传统无人机控制器产生的指令延时难以满足无

5、人机起降控制要求。采用基于FPGA设计的无人机控制器。充分利用了FPGA并行数据处理能力和同步设计优势。将键盘扫描[5-61、指令编码与显示、指令异步串行发送17--ol等功能模块都集成在FPGA内部。外围电路仅包含AD采样、电平转换和驱动芯片等简单电路，避免了MCU等单指令周期芯片的时序缺点，系统的硬件结构更为简单，扩展性更强，遥控指令的触发到输出的指令数据群延时小于80ms．能够满足各种类型无人机的实时远程控制要求。1系统硬件设计方案无人机控制器主要由控制键盘、数码显示板和控制器数收稿日期：2013一02—16稿件编号：201302025基金项目：陕西省2010年度工业攻关项目(201

6、0K06—09)据处理板组成。控制键盘由8×8开关矩阵键盘和航向控制器构成．主要实现无人机控制器键盘扫描代码和航向模拟量的产生。数码显示板由6个16迸制数码管组成，主要实现控制指令代码和航向数据的同步显示。作为无人机遥控控制器的核心部件。控制器数据处理板采用Altera公司的低成本Cyclone4系列FPGA芯片EP4CEl0作为指令和数据处理的核心芯片；为降低Flea硬件资源消耗，AD芯片选用MAXIM公司的串行12BitsAD采样芯片MAXlll05，理论航向传感器控制精度可达O．090；UART电平转换芯片选用MAXIM公司的MAX3387芯片设计实现，具有良好的可扩展性。控制器信号

7、处理板主要实现无人机控制指令的键盘扫描与AD采样、指令编码与显示和遥控指令异步串行发送等功能。系统硬件结构框图如图1所示。车龄：：：：；踩．8bits彳j扫描线LED显示使能一1==盒；：：：：：盍；j：8bits舅扫描线LED数据锁存：鹾LED数据：l豁8x8键盔tF阢^7L_同航向控制葛一而翮_eLK模拟信号—ill-iii．‘lDATKCyelone4簧封翮眦R1数j航向控制器EP4CElU飘砷I,J⋯o控制键盘操