低空无人飞艇压力控制系统的设计与实现

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1、学术论文低空无人飞艇压力控制系统的设计与实现吴剑锋1。贺喜2，张五龙1(1．总后勤部建筑工程研究所，西安710032；2．武汉大学，武汉430079)【摘要】介绍了一种以C8051F120单片机为核心设计的低空无人飞艇压力控制系统，详细给出了系统的总体架构；着重说明了主要功能模块的电路设计和固件的程序设计。地面测试和飞行试验表明该压力控制系统性能稳定，能满足低空飞艇飞行中压力控制的要求。关键词：无人飞艇；压力控制；单片机DesignandImplementationofPressureControlforLowAltitudeUnmanne

2、dAirshipWUJianfen91，HEXi2，ZHANGWulon91(1．ArchitecturalEngineeringInstituteoftheGeneralLogisticsDepartment，Xi’an710032，China；2．WuhanUniversity，Wuhan430079，China)【ABSTRACT】ThedesignofpressurecontrolsystemforlowaltitudeunmannedairshipareintroducedbasedonsinglechipprocessorC80

3、51F120．Overallarchitectureoftheexistsystemaredescribedindetail．Thecircuitdesignoffunctionmoduleandthefirmwareprogramdesignareemphasized．Theresultsofgroundandflighttestsindicatethatthepressurecontrolsystemshowsastableperformanceandcanmeettherequirementoftheairship．Keywords：

4、Unmannedairship；Pressurecontrol；SinglechipprocessorDoI：10．16080巧．issnl671．833x．2016．1／2．147近年来，伴随着自动控制技术、传感器技术和飞艇技术的迅速发展，具有自主飞行能力的无人低空飞艇可用于执行航拍、勘测、遥感等任务，具有广泛的军事、民用和科学研究价值⋯。低空飞艇在飞行过程中，飞行环境中高度、气压、温度的变化，会造成气囊的内外压差逐渐升高，造成囊体处于超压状态，既缩短了囊体使用寿命又影响飞行安全【2l。在外界环境等因素不断变化的前提下，飞艇压力调节系统会

5、对气囊压力进行有效调节，使其与外界大气压之差始终维持安全范围内，是保持飞艇外形、控制升力、保证安全飞行的必要条件【3I。本文研究的基于C8051F120单片机的低空飞艇状态压力控制系统能实时测量飞艇当前的温度、气压，气囊压强，并可控制阀门及风扇的运行实现囊压自动调节，保证飞艇的飞行安全。1系统设计方案低空飞艇采用软式囊体，在结构设计中有主气囊和副气囊之分HI，位于辅助气囊气袋上有一个空气阀门和风机，如图1所示。飞艇的一部分升力靠主气囊中的氦气实现，而飞艇的外形是通过气囊中的氦气压力来实现的。随着飞艇飞行时所处高度、温度等环境因素的不同，使得

6、飞艇气囊内部氦气压力与外部气压的压差不断变化，造成气囊破裂或者变形，因此在飞艇的氦气囊内部安装了一个小的辅气囊，其填充气体为空气，通过在飞行中的充气和放气来控制和保持飞艇的形状和浮力151。气瞧尾翼m舱'／2ILi"¨E图1飞艇结构示意图Fig．1Schematicdiagramofairshipstructure飞艇压力控制系统由鼓风机、进排气阀门、微处理器、显示器、传感器等组成，如图2所示，其作用包括自动及手动控制艇囊压力，监测各系统工作状态，显示各2016年第1／2期·航空制造技术147学术论文RESEARCH系统工作状态等功能。压力

7、控制系统的基本工作原理是，采用压力传感器分别测量主气囊、副气囊和空气的压强，并且比较压差值，以此判断副气囊是处于稳定状态、超压状态还是需补气状态。当需要对气囊进行充、放气时都需要副气囊上的阀门。当副气囊处于超压状态时，压控系统打开阀门，副气囊中的空气自动排除。当副气囊处于需要补气的状态时，压控系统打开阀门，同时开启鼓气风机，实现充气的功能，当达到与外界大气压值平衡，关闭辅助气囊阀门和进气口阀门。I，CD显示界面微处理器大气压强、温度厂]气囊气囊气压值SMbIlslI，0阀门传感器控制J．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_J模块[]酽图

8、2压力控制系统结构框图Fig．2Blockdiagramofpressurecontrolsystem2硬件设计2．1硬件选型压力控制系统是基于C8051F120单片机和BMP0