一种无人机用任务管理计算机制造技术

本发明专利技术提供了一种无人机用任务管理计算机，包括硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元；硬件计算单元采用单片FPGA集成CPU和所有外围接口控制逻辑的架构，运行在LINUX操作系统上，执行任务管理程序；载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元的接口控制逻辑在FPGA内实现；任务管理程序调用LINUX下的驱动程序，驱动程序操作FPGA外围逻辑控制电路控制相应接口实现载荷控制、AD采集和温度采集动作；载荷控制接口单元提供载荷资源控制与数据交互接口包括：RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线。本发明专利技术具有集成众多接口、重量轻和功耗小的特点，满足高空太阳能无人机对各类应用载荷和非飞机平台外设进行管理和数据交互要求。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机用任务管理计算机
本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种无人机用任务管理计算机。
技术介绍
太阳能无人机执行任务海拔20～30km的平流层，大气极其稀薄，温度极低。传统的方式，无人机飞行控制计算机同时管理机载仪器设备，随着无人机任务复杂度增加，传感器种类数量激剧增加，为了确保飞行安全、提高任务执行能力，亟需专门的任务管理计算机，对各类应用载荷和非飞机平台外设进行管理和数据交互。无人机用任务管理计算机不同于普通的计算机。体现在以下几点：一、无人机用任务管理计算机集成路数众多的专用传感器接口；二、无人机用任务管理计算机在满足功能要求外，需要足够小的小体积、重量和功耗，在一个芯片内集成CPU、同步/异步串口逻辑、光纤接口逻辑、模拟采集逻辑、温度采集逻辑等所有外设逻辑单元；三、无人机用任务管理计算机需要满足高空空气稀薄环境适应性的要求，在对流作用失去效果的情况下，需要保证计算机散热，提供给无人机的温度控制系统。因此，如何提供一种具有高空环境适应性的集成众多接口、重量轻和功耗小的无人机用任务管理计算机是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术为了解决高空太阳能无人机对各类应用载荷和非飞机平台外设进行管理和数据交互提供的一种具有高空环境适应性的集成众多接口、重量轻和功耗小的专用任务管理计算平台。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种无人机用任务管理计算机，包括硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元；其中，所述硬件计算单元采用单片FPGA集成ARM和所有外围接口控制逻辑的架构，运行在LINUX操作系统上，执行任务管理程序；载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元的接口控制逻辑在FPGA内实现；任务管理程序调用LINUX下的驱动程序，驱动程序操作FPGA外围逻辑控制电路控制相应接口实现载荷控制、AD采集和温度采集动作；所述载荷控制接口单元提供载荷资源控制与数据交互接口包括：RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线。优选的，所述FPGA外围逻辑控制电路包括QSPIFlash电路、DDR4SDRAM电路、JTAG下载调试电路以及启动配置电路；所述QSPIFlash电路在传输机制上加入队列机制，利用RAM字节代替单独SPI接口的数据寄存器，Flash为掉电非易失存储器件，作为启动设备来存储系统的启动镜像；所述DDR4SDRAM电路中SDRAM为掉电易失存储器件，用于程序运行缓存和大容量数据的暂存，利用DDR4控制器实现对DDR4SDRAM的控制；所述JTAG下载调试电路，用于下载ZYNQUltraScale+程序或者固化程序到FLASH，在JTAG信号上添加保护二极管使信号的电压在FPGA接受的范围；所述启动配置电路设置4种启动模式，包括：JTAG调试模式，QSPIFLASH，EMMC和SD2.0卡启动模式；所述硬件计算单元的CPU上电后会检测对应管脚的电平来确定启动模式。优选的，所述FPGA外围逻辑控制电路包括FC通讯接口，采用FC-AE-1553协议与光模块实现通信，提供3对独立的冗余FC通道。优选的，还包括外壳，所述外壳用于容纳所述硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元，尺寸小于或等于160mm×80mm×90mm。优选的，所述CAN总线接口包括CAN协议控制器和CAN总线隔离收发器，CAN总线隔离收发器在CAN协议控制器与物理层总线之间创建一个完全隔离的接口；在FPGA内部实现CAN控制器的控制逻辑，以及接收缓存FIFO。优选的，所述RS232和RS422驱动芯片通过单电源供电的隔离驱动器实现通道间隔离；RS485与RS422通过同一种驱动芯片接收、发送总线信号。优选的，所述温度采集单元包括Pt100热/热敏电阻、数字输出转换器；Pt100热/热敏电阻通过数字输出转换器连接至FPGA外围逻辑控制电路中温度采集单元对应的接口。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术满足高空适应性的电路设计，集成众多接口，具备RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线等载荷资源控制与数据交互能力、多通道AD采集能力以及多路温度采集能力。同时本专利技术结构小巧，搭载集成ARM和所有外围接口控制逻辑的单片FPGA，使整体电路具有功耗低的特点，保障了无人机高空作业的飞行安全，提高了任务执行能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图；图1为本专利技术实施例提供的一种无人机用任务管理计算机的系统组成与原理框图；图2为本专利技术实施例提供的电源电路连接示意图；图3为本专利技术实施例提供的FPGA外围逻辑控制电路原理图；图4为本专利技术实施例提供的SPIFlash的电路连接示意图；图5为本专利技术实施例提供的DDR4DRAM电路连接示意图；图6为本专利技术实施例提供的时钟电路连接示意图；图7为本专利技术实施例提供的EMMC连接示意图；图8为本专利技术实施例提供的FC通讯接口连接示意图；图9为本专利技术实施例提供的CAN总线接口连接示意图；图10为本专利技术实施例提供的RS232/RS422管脚连接示意图；图11为本专利技术实施例提供的RS422异步通讯框图；图12为本专利技术实施例提供的AD采集电路连接示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例公开的一种无人机用任务管理计算机主要用于对无人机上各类应用载荷的管理和与载荷的数据交互。该设备包括主控硬件计算平台CPU，AD采集单元，温度采集单元，RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线。任务管理计算机的最大外廓尺寸要求不超过160mm(长)×80mm(宽)×90mm(高)。简述根据设计的尺寸要求。由于尺寸限制，将任务管理计算机分解为三个模块。计算单元模块(包含主控硬件计算平台CPU及其外围电路、FC接口)，接口单元A模块(RS232、RS422、RS485、CAN总线)。接口单元B模块(AD采集单元和温度采集单元)。任务管理计算机硬件组成原理如图所示1所示。本实施例无人机用任务管理计算机包括硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元；硬件计算单元采用单片FPGA集成ARM和所有外围接口控制逻辑的架构，主控硬件计算平台CPU选择A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机用任务管理计算机，其特征在于，包括硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元；其中，/n所述硬件计算单元采用单片FPGA集成CPU和所有外围接口控制逻辑的架构，运行在LINUX操作系统上，执行任务管理程序；载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元的接口控制逻辑在FPGA内实现；任务管理程序调用LINUX下的驱动程序，驱动程序操作FPGA外围逻辑控制电路控制相应接口实现载荷控制、AD采集和温度采集动作；/n所述载荷控制接口单元提供载荷资源控制与数据交互接口包括：RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机用任务管理计算机，其特征在于，包括硬件计算单元、载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元；其中，
所述硬件计算单元采用单片FPGA集成CPU和所有外围接口控制逻辑的架构，运行在LINUX操作系统上，执行任务管理程序；载荷控制接口单元、AD采集单元和温度采集单元的接口控制逻辑在FPGA内实现；任务管理程序调用LINUX下的驱动程序，驱动程序操作FPGA外围逻辑控制电路控制相应接口实现载荷控制、AD采集和温度采集动作；
所述载荷控制接口单元提供载荷资源控制与数据交互接口包括：RS232、RS422、RS485、CAN总线、FC总线。


2.根据权利要求1所述的无人机用任务管理计算机，其特征在于，所述FPGA外围逻辑控制电路包括QSPIFlash电路、DDR4SDRAM电路、JTAG下载调试电路以及启动配置电路；
所述QSPIFlash电路在传输机制上加入队列机制，利用RAM字节代替单独SPI接口的数据寄存器，Flash为掉电非易失存储器件，作为启动设备来存储系统的启动镜像；
所述DDR4SDRAM电路中SDRAM为掉电易失存储器件，用于程序运行缓存和大容量数据的暂存，利用DDR4控制器实现对DDR4SDRAM的控制；
所述JTAG下载调试电路，用于下载ZYNQUltraScale+程序或者固化程序到FLASH，在JTAG信号上添加保护二极管使信号的电压在FPGA接受的范围；
所述启动配置电路设置4种启动模式，包括：J...

【专利技术属性】
技术研发人员：许永辉，孙超，孟若彤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23