一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，包括CAN总线网络作为通讯基础的并遵守统一的通讯协议的数传电台、总线传感器、飞控电脑、电源系统、舵机、任务设备和数据记录仪，所述的数传电台、总线传感器、飞控电脑、电源系统、舵机、任务设备和数据记录仪分别连接于CAN总线网络的接口，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯，本系统具有实时性好、稳定性高、速率快、扩充接点容易、相对成本低廉的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小型无人飞行器，，尤其是其控制系统的

技术介绍
无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞行器，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低的优点，广泛应用于军事，电力，测绘，森林防虫防火，勘探，监控及相关科研系统。传统的小型无人机系统通常由遥控接收机34，飞控电脑39，舵机35、36、37，数传电台33，传感器38，和电池系统40组成，通常采用无线遥控航模的构架，即所有的外设都是 连接在飞控电脑39上的，整个系统以飞控电脑39为中心，如附图I所示，这种系统有以下不足I、系统不易扩充，传统的无人机系统在设计完成后，基本上无法扩充；2、接口不统一，接口种类较多，航模插接件可靠性难以保证；3、系统中的设备除了数传电台其他设备都是单向传输信号，无法实时的反映系统中各个设备的状态；4、缺乏系统的设计思想，系统中通常有多个无线传输系统，相互可能产生干扰；5、单主机系统，所有的信息处理依赖于飞控电脑，主机处理压力大；6、系统很难实现设备的冗余备份，设备出现故障，无法隔离。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是是克服上述现有技术之不足，提供一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，由于采用总线设备的系统的构架，在系统中实现了共享型冗余和排他型冗余技术，具有实时性好、稳定性高、速率快、扩充接点容易、相对成本低廉的特点。其中共享型冗余是指总线系统中可以同时工作，同时广播数据，同时执行任务的同一类型设备，例如系统中可以有多个总线GPS设备，每一个GPS设备都可以向总线上广播所收到的数据，具体这些数据如何使用是数据消费者所关心的问题，舵机也是一种共享型的冗余设备，多个总线舵机可以消费同一个位置命令，执行相同的动作序列，共享型冗余设备的数据消费方式由组态管理系统定义。排他型冗余是指总线系统中同一时刻某一类型的设备只能有一个设备在工作，其他备份的设备只能等更高优先级的设备让出数据生产权后才能依次向总线上发送数据；例如飞控电脑就是排他型总线设备，组态管理系统定义了设备的地址(ID)，也就决定了设备的优先权力，只有优先级最高的飞控电脑设备能向总线上发送控制指令，只有在最高优先级飞控电脑失效的情况下，次高优先权的飞控电脑才会自动替补该设备的工作。按照本专利技术提供的一种包括以CAN总线网络作为通讯基础的并遵守统一的通讯协议的总线设备，所述的总线设备包括数传电台、总线传感器、飞控电脑、电源系统、舵机、任务设备和数据记录仪，所述的总线设备分别连接于CAN总线网络的接口，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯，其中，CAN总线协议本身是短数据帧结构，具有非破坏性仲裁和错误纠正机制，该系统所有的设备都使用总线连接进行信息交换，在本系统中，飞控电脑通过CAN总线读取到总线传感器的各种飞行参数，通过自身的程序控制驱动舵机及任务设备执行相关的动作，控制飞行器的姿态、飞行方向和速度，拍照或摄像，并将相关的信息通过CAN总线发送到地面站，同时也通过CAN总线接收来自地面站传来的控制指令；所有CAN总线上传输的数据都被记录的总线记录仪中，作为将来的飞行日志和事后分析材料，总线电源管理系统则负责向总线上的其他设备提供能源，并发送当前电源的各种相关信息。该系统中所使用的设备都是以CAN总线通讯为基础设计的，设备之间通过总线系统连接，接口和通讯协议统一。根据本专利技术提供的用基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，还具有如下附属技术特征所述的CAN总线网络包括有四根传输电缆，所述的四根传输电缆分别是电源正·极VCC，电源负极GND，信号线CAN-H，信号线CAN-L，其中CAN-H和CAN-L是差分信号传输，有很强的抗干扰能力，传统舵机只有三根线是分别是电源负极GND，电源正极VCC，信号线SIGNAL，抗干扰能力差。所述的CAN总线网络具有多个设备连接接口，每一个接口都是对等的，所有接口是没有区分的，不分顺序，可随意插接、相互替换，CAN设备可以连接在任意接口上。还包括设备组态管理系统，所述的设备组态管理系统与所述的CAN总线网络的接口连接，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯。设备组态管理系统是一个用于绑定各个总线设备消费关系的地面管理系统，是初始化总线设备的必要手段。组态管理系统的工作是对总线设备进行ID分配、工作速率定义、设备参数的初始化工作，定义各个总线设备之间的生产者数据和消费者数据的映射关系，设置的结果保存在各个总线设备的子系统中，不同的绑定方法，决定不同系统工作的工作方式，因此通过组态管理系统可以灵活的将一组相同的物理总线设备定义成不同逻辑功能的系统，每个特定的逻辑系统只需要用组态管理系统初始化一次。还包括地面站管理系统，所述的地面站管理系统与所述的CAN总线网络的接口连接，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯。地面站管理系统用来规划飞行任务和飞行轨迹并监控飞行器工作状态，通过地面站管理系统制定飞行计划，并将计划生成的飞行轨迹数据和任务数据通过地面的总线网络由地面的数传电台(桥接)发送到机载的总线网络上，可以由飞控电脑保存并执行这些轨迹和任务，由于整个系统是基于总线网络设计的，因此舵机和任务设备可以直接通过总线控制，特殊情况下也可由地面站管理完全取代飞控电脑的功能，由地面站管理系统根据机载的传感器数据计算姿态并直接发送飞行控制指令给舵机和任务设备，这是传统的控制系统无法实现的；同时，地面站管理系统通过总线网络读取机载设备的各种信息，并通过用户界面显示并记录下来。简单的说，地面站管理系统是飞控电脑的数据生产者，同时又是整个系统中总线设备的数据消费者所述的数传电台为两个，其中一个数传电台为备用；数传电台是一个总线网桥设备，是完成实现空中和地面总线网络桥接工作，传统的小型无人机系统中只有飞控电脑才能和数传电台通讯，在基于总线的小型无人机控制系统中，所有的总线设备都可以通过数传电台和网络中的其他设备交换信息，无论这些设备在空中还是在地面。所述的飞控电脑为两个或者多个，其中一个飞控电脑处于工作状态，其他飞控电脑作为排他型冗余备份。通过读取总线上的传感器数据，结合地面站的指令或者自身的程序控制，计算飞行器的姿态，方向，速度，任务等控制数据并发送到总线上供总线舵机和总线任务系统消费，根据优先级和功能不同，在一个冗余系统的飞行器中可以有多个总线飞控电脑。所述的总线传感器包括基于CAN总线网络的多个传感器，所述的传感器包括GPS传感器、温度传感器、转速传感器、气压传感器和由磁罗盘、陀螺仪、加速度传感器组合而成的基于总线通讯的AHRS惯性测量单元。这些传感器通过自身的微处理器将采集的传感器数据转换成标准的总线协议，广播到总线网络中，总线传感器是这些数据的生产者。所述的采集GPS数据的GPS传感器为一个或多个，传感器是共享型冗余设备，同一 类型的传感器可以有多个冗余备份。所述的每组舵机的数量可以是一至多个，舵机是共享型冗余设备，正常工作时，所有的舵机都执行相同的命令序列，只有当某个舵机出现故障时故障舵机才被总线隔离成从动设备，舵机是使用总线协议控制的舵机系统，舵机除了能消费飞控电脑或者地面站生产的控制数据外，还能将舵机自身的位置、温度、工作电流、工作电压、扭矩等信息实时的上传至IJ总线网络，可以通过组态管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，其特征在于：以CAN总线网络作为信息通讯的基础，使用基于统一的总线通讯协议的总线设备，所述的总线设备包括数传电台、总线传感器、飞控电脑、电源系统、舵机、任务设备和数据记录仪，所述的总线设备分别连接于CAN总线网络的接口，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯，所述的总线设备分别以共享型冗余或排他型冗余工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶思良，朱骅，
申请(专利权)人：北京安翔动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：