低空无人飞艇状态监测系统的硬件设计-论文.pdf

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1、《工业控制计算机)2014年第27卷第6期41低空无人飞艇状态监测系统的硬件设计HardwareDesignofStateMonitoringSystemforLowAltitudeUnmannedAirship吴剑锋’贺喜张渫’(1总后勤部建筑工程研究所，陕西西安710032；2武汉大学，湖北武汉430079)摘要介绍了一种以C8051F120单片机为核心设计了低空无人飞艇状态监测系统的硬件设计，详细给出了系统的总体架构和工作流程；着重说明了主要功能模块的电路设计。地面测试和飞行试验表明该监测系统硬件

2、性能稳定，能满足飞艇状态监测的要求。关键词：无人飞艇，监测系统，单片机AbstractThehardwaredesignofstatemonitoringsystemforlowaltitudeunmannedairshipareintroducedbasedonsinglechipprocessorC8051F120inthispaper．Overalarchitectureandworkflowoftheexistsystemaredescribedindetail．Thecircuitdesign

3、offunctionmoduleareemphasized．Theresultsofgroundandflighttestsindicatethatthehardwareshowsastableperformanceandcanmeettherequirementoftheairship．Keywords：unmannedairship，statemonitoringsystem，singlechipprocessor飞艇飞行过程中，飞行的外部环境如高度、气压、温度，自身块用于采集各压力传感器值，由核心

4、处理器进行处理；模拟信号状态如囊压、电压、油量、温度等信息都影响了飞艇的飞行稳定采集模块用于采集发动机缸温、发电机电源电压、发动机油箱油和安全。飞艇状态监测系统主要则是对影响飞行稳定性和飞行量，通过ADC控制器的A／D转换，计算得出所需物理量；通讯安全的各种内外信息进行实时监测，并将信息存储、传输给其它模块用于核心处理器与飞控系统、压控系统和PC机之间进行系统，是保持飞艇外形、控制升力、保证安全飞行的必要条件_1]。RS一232串口通讯；存厂]开始本文研究的基于单片机C8051F120的低空飞艇状态监测

5、储模块用于存储监测4个气缸缸温2个油箱油系统能实时测量飞艇当前的温度、气压、艇系统发电机电源电系统所有测量数据，包发电机电源电JK压、发动机气缸温度、油箱油量、气囊压强，估算出当前环境风括GPS数据、各数字采集经度、纬度、时间速，并将相应的信息传输给飞控系统和压控系统。压力计数据、AD转换航向、高度、地速1状态监测系统总体设计数据、风速数据等。飞艇状态监测系统具备采集、处理、存储、实时传输信息的系统工作原理如瓣功能。从功能模块上划分，系统主要由电源模块、微处理器模块、下：采集完上述数据挖制辅助气囊阀门和

6、进气信号采集模块(数字信号和模拟信号采集)、数据存储模块和数后，将这些参数存储暂_l_阀门，对艇进行充、放气据通讯模块等组成，系统总体结构框图如图1所示。时存储在核心处理器气囊阀门控制的RAM中，每过1s通过串口从飞控系统中从飞控系统接收读取出飞艇飞行的姿姿态参数态参数(方位角、俯仰————】r_———一风速估算角、横滚角)；将各环境参数存储通过SPI总————!———一存储环境参数到线存储到存储器Ml_Mi~roSD*croSD卡中；并将最————jL——一新读取的各环境参数将处理后的环境参数传送给飞

7、拖压控值每隔1s传送到飞控系统和压控系统。其工图2状态监测系统工作流程图作流程如图2所示。2系统硬件设计图1状态监测系统总体结构框图2．1核心处理器其中电源模块为处理器以及电路板各芯片提供电源电压；微处理器是整个监测系统的核心，担负着数据采集、实时处GPS处理模块用于对GPS观测数据进行校验、解码，得出飞艇理和传输等重要任务，影响着飞行稳定和安全性。根据图1分当前速度、经纬度、高度、航向以及时间；压力传感器数据采集模析，监测系统要求处理器内置ADC转换接13，丰富的I／O资源，低空无人飞艇状态监测系统的

8、硬件设计易于外部扩展的RAM，至少两路UART接口，以及SPI和SMbus用了O．01F和1F，0．1F和4_7F的配对电容，对电源进行接口。经比较，采用Silabs公司的C8051F120芯片可以满足上述滤波。要求。C8051F120芯片内部集成了数据采集和控制系统中常用的3_2存储器模块模拟部件和其它数字外设及功能部件，拥有8个12位100ksp—本系统存储器模块包括程序存储器、数据存储器。sADC输入；内置128字节Flash程序存储