无人机飞行控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机飞行控制系统及方法，无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器和伺服单元，其中无人机飞行控制系统包括可编程控制单元、CPU单元；可编程控制单元与若干传感器和伺服单元电性连接，用于采集并解析若干传感器和无人机的遥控器的数据，并向伺服单元发送飞行动作数据；CPU单元用于根据可编程控制单元解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据输出给可编程控制单元；采用上述结构的无人机飞行控制系统，极大减少飞行控制系统众多外设接口芯片的使用，简化了系统的硬件架构，减少CPU的运算压力，使得无人机飞行控制系统能满足多种设计任务，而且便于进行二次开发，极大减少了设计成本。

【技术实现步骤摘要】
无人机飞行控制系统及方法
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种可根据需要进行重构的无人机飞行控制系统及方法。
技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”(“UAV”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对飞行环境要求低等优点。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。然而，目前主流的无人机均只采用微处理器和专用的外设硬件构成的封闭性飞控系统，其落后的飞控系统越发成为无人机技术发展的主要障碍，原因在于专用性系统只能实现单一的飞行功能，硬件平台一旦固化，系统功能将无法按实际需要进一步拓展，然而客户的应用要求是多种多样的，功能单一的系统无法适应多种应用场合，并且开发多品种和功能的无人机势必造成设计周期加长和硬件成本的过多投入。为了满足更多软性应用环境和解决专用飞控系统的封闭性问题，急需一种硬件架构简化却具有可重构功能的无人机飞行控制系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过可重构性编程实现多种飞行功能，从而减少系统的硬件成本和满足多功能要求的无人机飞行控制系统。本专利技术的另一目的是，提供一种无人机飞行控制方法，通过可重构性编程实现多种飞行功能，从而减少系统的硬件成本和满足多功能要求。为了实现上述目的，本专利技术公开了一种无人机飞行控制系统，所述无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器和为所述无人机提供动力的伺服单元，该无人机飞行控制系统包括可编程控制单元、CPU单元。所述可编程控制单元与所述若干传感器和伺服单元电性连接，用于采集并解析所述若干传感器和所述无人机的遥控器的数据，并向所述伺服单元发送飞行动作数据；所述CPU单元与所述可编程控制单元电性连接，用于根据所述可编程控制单元解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据输出给所述可编程控制单元。与现有技术相比，本专利技术所公开的无人机飞行控制系统采用CPU单元和可编程控制单元相结合构成无人机飞行控制系统的系统架构，在该系统架构中，CPU单元仅需担负运行飞行控制算法程序任务，由于可编程控制单元具有重构性强的特点，可编程拓展多种协议和类型的信号采集和输出硬件模块，极大减少飞行控制系统众多外设接口芯片的使用，简化了系统的硬件架构。CPU单元只需通过通讯协议与可编程控制单元进行数据交互即可获取各种外部传感器的实现数据，减少CPU的运算压力，同时通过CPU单元实现软件程序的重构性和可编程控制单元实现硬件架构的重构性，使得无人机飞行控制系统能满足多种设计任务，而且便于进行二次开发，极大减少了设计成本。较佳地，所述可编程控制单元包括FPGA处理器。较佳地，于所述FPGA处理器内自定义构造有一32位的NiosII协处理器，所述NiosII协处理器内嵌入自定义的传感器接收IP核，所述传感器接收IP核用于接收并解析所述若干传感器所采集到的数据。较佳地，于所述FPGA处理器内自定义构造有PWM接收模块和PWM输出模块，所述PWM接收模块用于接收并解析所述无人机的遥控器的遥控数据，所述PWM输出模块与所述伺服单元电性连接，用于向所述伺服单元输出控制所述无人机飞行状态之飞行动作数据。较佳地，所述NiosII协处理器通过RS232与所述若干传感器电性连接。较佳地，所述无人机飞行控制系统还包括地面站，其与所述CPU单元无线通讯。另外，本专利技术还公开了一种无人机飞行控制方法，所述无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器和为所述无人机提供动力的伺服单元，所述无人机飞行控制方法包括：1)、以可编程控制单元和CPU单元结合构成所述无人机飞行的主控制架构，所述CPU单元用于运行所述无人机飞行控制算法程序，；2)、在可编程控制单元内自定义构造出一采集并解析所述若干传感器所采集到的数据的协处理器模块；3)、在可编程控制单元内自定义构造出若干分别与所述CPU单元和伺服单元通讯的接口模块以所述CPU单元可根据所述可编程控制单元解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据通过给所述可编程控制单元发送给所述伺服单元。较佳地，所述可编程控制单元包括FPGA处理器。较佳地，所述协处理器模块为一32位的NiosII协处理器，所述NiosII协处理器内嵌入自定义的传感器接收IP核，所述传感器接收IP核用于接收并解析所述若干传感器所采集到的数据。较佳地，所述接口模块包括PWM接收模块、PWM输出模块、Mobus端口，所述PWM接收模块用于所述FPGA处理器接收并解析所述传感器的数据，所述PWM输出模块用于向所述伺服单元输出控制无人机飞行的数据，所述Mobus端口用于所述NiosII协处理器向所述CPU单元发送数据。附图说明图1为本专利技术实施例无人机飞行控制系统的系统架构图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、结构特征、实现原理及所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本专利技术公开了一种无人机飞行控制系统，如图1所示，无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器4和为无人机提供动力的伺服单元6，无人机飞行控制系统包括可编程控制单元1和CPU单元2。可编程控制单元1与若干传感器4、无人机的遥控器5和伺服单元6电性连接，用于采集并解析若干传感器4和遥控器5的数据，并向伺服单元6发送飞行动作数据。CPU单元2与可编程控制单元1电性连接，用于根据可编程控制单元1解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据输出给可编程控制单元1。较佳地，本专利技术无人机飞行控制系统还设置有地面站3，地面站3与CPU单元2无线通讯，本实施例中，地面站3与CPU单元2采用GPS通讯，用于接收无人机传回的数据，并由地面站3向CPU单元2实时更新控制程序。采用上述结构的无人机飞行控制系统，采用CPU单元2和可编程控制单元1相结合构成无人机飞行控制系统的系统架构，在该系统架构中，CPU单元2担负运行飞行控制算法程序任务，由于可编程控制单元具有重构性强的特点，可编程拓展多种协议和类型的信号采集和输出硬件模块，极大减少飞行控制系统众多外设接口芯片的使用，简化了系统的硬件架构。CPU单元2只需通过通讯协议与可编程控制单元1进行数据交互即可获取各种外部传感器4的实时数据，减少CPU单元2的运算压力，同时通过CPU单元2实现软件程序的重构性和可编程控制单元1实现硬件架构的重构性，使得无人机飞行控制系统能满足多种设计任务，而且便于进行二次开发，极大减少了设计成本。本专利技术无人机飞行控制系统的另一较佳实施例中，可编程控制单元1包括FPGA处理器。本实施例中，在进行无人机飞行控制系统的具体开发时，在FPGA处理器内自定义构造有一32位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机飞行控制系统，所述无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器和为所述无人机提供动力的伺服单元，其特征在于，所述无人机飞行控制系统包括：可编程控制单元，其与所述若干传感器和伺服单元电性连接，用于采集并解析所述若干传感器和所述无人机的遥控器的数据，并向所述伺服单元发送飞行动作数据；CPU单元，其与所述可编程控制单元电性连接，用于根据所述可编程控制单元解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据输出给所述可编程控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种无人机飞行控制系统，所述无人机上设置有用于监测其运行状态的若干传感器和为所述无人机提供动力的伺服单元，其特征在于，所述无人机飞行控制系统包括：可编程控制单元，其与所述若干传感器和伺服单元电性连接，用于采集并解析所述若干传感器和所述无人机的遥控器的数据，并向所述伺服单元发送飞行动作数据；CPU单元，其与所述可编程控制单元电性连接，用于根据所述可编程控制单元解析的数据运行无人机飞行控制算法程序并将得出的飞行动作数据输出给所述可编程控制单元。2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述可编程控制单元包括FPGA处理器。3.根据权利要求2所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，于所述FPGA处理器内自定义构造有一32位的NiosII协处理器，所述NiosII协处理器内嵌入自定义的传感器接收IP核，所述传感器接收IP核用于接收并解析所述若干传感器所采集到的数据。4.根据权利要求2所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，于所述FPGA处理器内自定义构造有PWM接收模块和PWM输出模块，所述PWM接收模块用于接收并解析所述无人机的遥控器的遥控数据，所述PWM输出模块与所述伺服单元电性连接，用于向所述伺服单元输出控制所述无人机飞行状态之飞行动作数据。5.根据权利要求3所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，所述NiosII协处理器通过RS232与所述若干传感器电性连接。6.根据权利要求1所述的无人机飞行控制系统，其特征在于，还包括地面站，其与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：方桂钿，金益彬，
申请(专利权)人：东莞北京航空航天大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44