基于双语言平台的飞控地面站设计与实现.pdf

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1、第４期（总第１９７期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１６年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０４-０１５４-０３基于双语言平台的飞控地面站设计与实现孙盼龙（北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１）摘要：设计了一个基于Ｃ＃和Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ的双语言平台地面站软件来辅助嵌入式飞控系统实现自主导航飞行。它具有远程无线通信、软件参数配置、状态监测、航线规划编辑和轨迹跟踪等功能。地面站软件的主体框架部分以.ＮＥＴ平台为基础，

2、利用Ｗｉｎｆｏｒｍ技术完成界面设计、无线通信、状态监测以及参数配置等模块的设计。地面站软件的地图模块利用Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ语言调用在线百度电子地图，实现航线规划编辑、轨迹跟踪及其他辅助功能。通过实验验证，地面站能够很好地辅助飞控系统完成飞行的任务。关键词：四旋翼飞行器；嵌入式飞控系统；地面站；在线地图；双语言平台；设计中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ0引言实现。地面站软件整体框架如图１所示。随着相关科学技术的发展，基于嵌入式飞控系［１］统的具有自主导航功能的四旋翼飞行器的研究已经［２］在军用和民用两个领域成

3、为非常热门的课题。近年来，四旋翼飞行器在很多危险或特殊任务的执行方面展现出了诸多优势，能够完成很多人力范围之外的任［３］务，诸如灾情监测、航空拍摄等。一套具有导航飞行功能的四旋翼飞行器系统包括［４］飞机本体、嵌入式飞控系统和地面站等部分。地面站是辅助飞行器完成飞行任务的重要组成部分，作为飞行器系统中独立的一部分，地面站的设计和实现也图１地面站软件整体框架2软件主体模块的设计及实现成为一个热门的课题。由于多样化的编程语言和编程地面站软件主体模块的功能主要包括无线通信、技术，目前并没有唯一的标准来编写地面站软件，其实

4、［５］参数配置、状态监测等。现都是基于功能需求出发，这些功能需求包括状态２．１无线通信监测、参数配置、动作控制、航线编辑和轨迹跟踪等。在．ＮＥＴ平台中，库函数提供了能够实现串口通基于这些功能，本文使用Ｃ＃语言完成地面站软件界信的ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔ类，该类能够帮助用户实现串口数据面、串口通信等功能的设计；运用Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ语言调用通信。地面站软件通过实例化一个ＳｅｉｒａｌＰｏｒｔ类在程在线的百度电子地图，实现了在Ｗｉｎｆｏｒｍ框架下调用序中控制串口对象的全过程。通过串口通信，飞行控在线地图、地图航线规划、轨

5、迹跟踪以及其他一些辅助制器和地面站软件之间在执行任务的过程中实时保持功能的设计和实现。通信。通信数据主要包括两部分内容：①飞行控制器1地面站软件设计整体框架周期性地给地面站软件发送状态数据及某些反馈信本文设计的基于Ｃ＃和Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ双语言平台的息；②地面站向飞行控制器发送规划任务、参数配置信地面站软件是为了辅助一套基于嵌入式飞控的四旋翼息及飞行动作控制等即时指令。主要通信数据及指令飞行器完成飞行任务。软件主体框架通过Ｗｉｎｆｏｒｍ如图２所示。技术实现，包括界面设计、串口通信、软件参数配置等数据通信协议是保

6、证通信数据和指令安全、正确模块的设计和实现。软件地图模块利用Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ语传输和解析的必要条件，为了实现通信数据和指令的言来编写，基于在线百度电子地图，适合在城市或周边安全、正确传输，本文制订了相关的通信协议。飞行控以及其他有网络覆盖的区域使用，软件主框架和地图制器到地面站软件的上传数据协议如表１所示，地面模块之间的交互通过与编程语言无关的ＣＯＭ技术来站到飞行控制器的下传指令协议如表２所示。国家重点基础研究发展计划（９７３计划）（２０１３ＣＢ０３５５０３）收稿日期：２０１５-１１-１２；修订日期：２０１６

7、-０６-２０作者简介：孙盼龙（１９８８-），男，河南宝丰人，在读硕士研究生，研究方向：嵌入式飞控系统。２０１６年第４期孙盼龙：基于双语言平台的飞控地面站设计与实现・１５５・根据上述协议，在程序中编写解析函数，对接收到２．２飞行器参数配置及飞行状态监测的数据进行解析，进而将对应的数值显示在界面的相在无线通信的基础之上，地面站要能够实时接收应位置。在飞行器执行空中任务的过程中，数据包的飞控上传来的飞行状态信息，同时又能够在地面端通传输都是通过无线数传电台发射和接收信号来实现过地面站配置飞行控制器软件的某些参数，这些状

8、态的。考虑到稳定性及数据传输量较小等条件因素，本及参数通过数字或图形的方式显示在地面站软件界面文采用一套４３３ＭＨｚ的数传电台用于无线传输，波特上，如图３所示。率配置为３８４００Ｂｄ／ｓ。表１上传数据协议字段字段长度（ｂｙｔｅ）字段描述帧头２０ｘＡ５０ｘ５Ａ，开始标志长度１数据长度，本字节起到结束标志位１命令标识，唯一，自定义数据包０～２５４具体数据或指令校验位１取余，除