无人飞艇光电吊舱控制系统设计

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1、!Q：ScienceandTechnologyInnovationHerald工程技术无人飞艇光电吊舱控制系统设计李博’张伯虎(1．武警工程学院研究生管理大队西安710086；2武警工程学院通信工程系西安710086)摘要：光电吊舱控制系统由吊舱自稳定控制部分与摄像云台控制部分组成，为使设计方案结构简单、性能稳定，系统采用MSP43OF149及80CI96KC单片机作为主从控制器件，分步计算确保系统对实时性的要求。旋转云台及镜头变倍采用伺服电机控制，克服了传统步进电机控制系统重量与体积大等问题。关键词：单片机硬件设计软件设计中图分类号：V1文献标识码：A文章编号：1674—

2、098X(2010)09(a)一0086-011引言角速度陀螺仪选用ADI公司的适于构成分布式控制系统；具有16位监视飞艇的主要作用就是侦察，为在高空ADXRS300，具有尺寸小、功耗低、抗冲击和振定时器WTD及芯片配置寄存器CRC，高速迅速捕获、稳定瞄准运动的目标，须建立一动性好、价格低廉等优点。测量偏航角速度的输入输出口(HIO)可以输出PWM信号。套反应速度快、准确度高、稳定性强的控制范围是+_300rad／s，零位输出电压为2．5V。3．3执行机构模块系统。系统要求对四路信号同时进行运算(2)加速度计。直流力矩电机具有较大的转矩，用以控制，存在运算量大、同步性要求高

3、、软件微机械加速度计选用KXM52l050三克服转动装置的摩擦阻力和负载转矩。选编程复杂等问题，因此采用主从CPU方式，轴加速度传感器，具体性能指标如：表一所择电机的依据是功率，要求电机具有足够解决了单CPU多任务、多线程实时处理困示。的功率驱动负载。如果要求电机在峰值转难的难题，它不仅成本低廉、易于维护和升(3)数据采集电路设计。矩下以最高转速不断地驱动负载，则电机级，而且具有高可靠性、低耦合性和易移植A／D转换位数的多少对转换结果的精功率可按下式估算。性，使产品开发周期进一步缩短度有很大的影响。设A／D转换器转换位数P=f1．5～2．5)lvlLPWLP一MSP430F

4、149作为主控单片机主要负责为N，传感器的分辨率为咒，满量程电压为‘1020~三方面工作，一是通过数传电台捕获地面，标度因子为，则转换位数N为其中：——电动机功率(kw)；遥控指令，并对旋转云台及镜头变倍进行N>log2[／(RxS，)]：M——负载峰值转矩(NM)；控制；二是接收和处理传感器的A＼D信号，已选角速度陀螺仪ADXRS300转换位wrP——负载最高角速度(rad／s)l将处理后的数据通过8255并行输出给从控数为：N>13．97；加速度计KXM52-l050转——传动效率。单片机；三是接收反馈系统回馈信号，给出换位数：N>12．89。所以选用14位的A／D转控

5、制校准量。80C196单片机作为从控单片换器。4系统软件设计机，只负责PID控制算法的实现，并通过高(4)RS-485接口。考虑到软件开发效率及可维护性，软速输入输出口(HIO)输出PWM信号驱动直测控系统的操作、数据传输，可以通过件采用模块化结构进行设计，用C语言编写流电机，从而实现吊舱稳定性控制及旋转RS485接口、RS422接口~1R8232接口等与程序代码。主单片机软件主要由，地面遥控云台的多视角变倍侦察。上位机通信实现。其中系统采用的RS485串键盘通信模块、从单片机通信模块、旋转云行接口是一种差分标准，具有传输距离远、台镜头变倍控制模块、信号采集模块组成。2系统

6、总体结构设计抗共模能力强、速度快、易于安装和扩充等系统的整体设计有以下组成：光电吊优点，并且准许一对双绞线上一个发送器5结语舱控制系统由信号测量模块、控制计算机驱动多个负载设备。本文设计了一种结构简单、性能稳定、模块、执行模块等三大部分组成。3．2控制计算机模块成本低廉的吊舱控制系统，由于运算量大信号测量模块由微惯性测量器件控制计算机模块，主要对传感器测得系统采用主从方式，解决了控制的实时性(MEMS的三轴陀螺仪、加速度计)、信号调的信息及地面指令信息进行处理。与精确性问题。该系统在光电吊舱控制系理电路、AD7865AS芯片、数传电台、RS4853．2．1主控单片机统中使用

7、后，经多次试验，稳定可靠，完全总线}控制计算机模块由MSP43OFl49、主控机选用16位MSP430F149单片机，满足要求。80Cl96CK单片机构成主从式控制结构；执通过双口RAM与从机链接，对旋转云台及行模块由三只伺服电机、旋转云台构成。镜头变倍的控制，采取数传电台接收地面参考文献指令，经RS485总线输入主控机，实现对云[1】邓星钟．机电传动控制．第三版．武汉：3系统硬件设计：要求艇载设备结构紧凑、台旋转、镜头变倍控制以及摄像机色度、亮华中科技大学出版社．2001：90．101．重量轻度、饱和度、对比度的