多旋翼飞控芯片中mavlink协议电路的设计与测试

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1、硕士学位论文多旋翼飞控芯片中MAVLink协议电路的设计与测试DESIGNANDTESTINGOFMAVLINKPROTOCOLCIRCUITINMULTIROTORUNMANNEDVEHICLESAUTOPILOTCHIP骆贞平哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TN47学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文多旋翼飞控芯片中MAVLink协议电路的设计与测试硕士研究生：骆贞平导师：张岩教授申请学位：工学硕士学科：微电子学与固体电子学所在单位：深圳研究

2、生院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN47U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDTESTINGOFMAVLINKPROTOCOLCIRCUITINMULTIROTORUNMANNEDVEHICLESAUTOPILOTCHIPCandidate：LuoZhenpingSupervisor：Prof.YanZhangAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着技术的进步和成本的降低，民用无人机领域的发展十分迅速。然而，国内外多旋翼无人

4、机基本上使用的是MCU控制器的飞控系统，存在着数据采集和处理速度慢、精度低等缺点。基于FPGA设计飞控系统，不仅可以降低成本、提高精度和运算速度，而且FPGA设计的高可靠性、较短的设计周期、自顶向下的设计流程等特点，可以大幅提高系统的综合性能。为了使自主研发的飞控芯片能够与支持MAVLink协议的地面站MissionPlanner进行通信，论文研究了MAVLink协议并对其进行了分析进而设计了MAVLink通信协议电路。论文完成了以下几个方面的工作：为了使飞控芯片采集到的传感器数据，能够通过数传

5、传输给支持MAVLink通信协议的地面站软件MissionPlanner。研究和分析了该协议，确定了10个用于传感器数据传输的MAVLink消息。在此基础上新增了自定义的消息，此消息用于对无人机的实时控制，从而设计了MAVLink通信协议电路的总体结构。为了适应不同传输速度的无线数传，设计了采用了相位累加原理能够以任意波特率传输数据的UART接口。为了解决MAVLink数据发送与接口速度不匹配，而设计了采用了异步FIFO的接收数据缓存电路和发送数据缓存电路，以提高UART接口与MAVLink数据

6、发送的效率。设计了msgid生成电路、数据接收及存储电路、MAVLink数据缓存电路、MAVLink编码电路以及控制数据接收电路。这些电路能够实现获取数据、提取有效数据、对数据排序、对数据进行校验和编码以及对数据进行解析。用Modelsim对MAVLink通信协议电路及其子电路进行了功能仿真，随后在FPGA开发板对所设计的MAVLink通信协议电路进行了验证测试。通过分析仿真波形和串口调试软件以及地面站软件MissionPlanner接收的数据，验证了本文设计的MAVLink通信协议电路能够按M

7、AVLink协议编码发送传感器数据，并且能够接收和解码按MAVLink协议编码的控制数据消息。关键词：飞控芯片；MAVLink协议；UART；编码；解码-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThecivilUAVisdevelopedrapidlyastheadvanceoftechnologyandreductionofcost.Asformulti-rotor,however,controlsystemsbasedonMCUarestillcommonlyusedaroundt

8、heworld,thesekindsofmulti-rotorUAVhasadisadvantageofspeedfordataacquisitionandprocessing.Therefore,weusedFPGAfordesigningautopilotsystem,whichcangetreducedcosts,improvedaccuracyandfastspeedofoperation.Moreover,duetothesecharacteristicssuchasthehighre