小型无人机飞行控制系统硬件设计与实现

发布时间：2017-04-14 14:20

  本文关键词：小型无人机飞行控制系统硬件设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小型无人机飞行控制系统是小型无人机的重要组成部分，，其性能直接关系到小型无人机的飞行安全。本文设计开发了以MPC565处理器为核心的小型无人机飞行控制硬件系统和底层驱动软件，为飞行控制系统小型化奠定了坚实的硬件基础。 本文根据小型无人机对飞行控制系统的高集成度、可扩展性等技术要求，完成了以MPC565处理器为核心的小型飞行控制系统硬件方案设计，将飞行控制系统划分为主控模块、传感器和舵机模块、接口模块，降低了系统的耦合度，实现了系统的模块化设计。 其次，根据主控模块硬件功能要求，设计开发了时钟电路、复位电路、BDM接口电路和存储器扩展电路，增强了系统可靠性，解决了存储器资源不足的问题。同时，本文采用开关电源模块和线性稳压源模块，设计开发了多种类型电源电路，满足了系统供电需求。针对系统集成多种接口传感器的特点，设计了基于SPI接口的气压计、空速计等接口电路和基于串口的GPS、Xtend接口电路。为了满足系统可扩展性需求，还设计了多路模拟量输入/输出（A/D、D/A）接口、PWM捕获接口、离散量接口、串口和CAN接口电路。 最后，开发了底层驱动软件，并将U-Boot移植到目标系统中，实现了程序下载和硬件接口的管理与驱动。对硬件系统进行最小系统测试、接口模块测试和系统集成测试。测试结果验证了系统设计方案的正确性与可行性，满足了飞行控制系统的功能与性能要求。
【关键词】：小型无人机 MPC565 飞行控制系统 U-Boot CAN
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-9
• 图表清单9-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 引言13-14
• 1.2 飞行控制系统研究现状14-16
• 1.3 小型无人机飞行控制系统硬件结构16-18
• 1.4 研究内容和章节安排18-20
• 第二章 主控模块硬件设计20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 CPU 选型20-22
• 2.3 时钟电路设计22-23
• 2.4 复位电路设计23-25
• 2.5 调试接口设计25-26
• 2.6 存储器扩展26-30
• 2.6.1 MPC565 总线结构和存储体系27-28
• 2.6.2 存储器扩展电路设计28-30
• 2.7 电源电路设计30-35
• 2.7.1 供电需求分析30-31
• 2.7.2 电源设计方案31-32
• 2.7.3 电源电路设计32-35
• 2.8 本章小结35-36
• 第三章 传感器和舵机接口硬件设计36-43
• 3.1 引言36
• 3.2 气压计/空速计接口设计36-39
• 3.2.1 传感器滤波电路设计36-38
• 3.2.2 气压计接口电路设计38
• 3.2.3 空速计接口电路设计38-39
• 3.3 ADIS16365 接口电路设计39
• 3.4 GPS/Xtend 接口电路设计39-41
• 3.4.1 GPS 接口电路设计39-40
• 3.4.2 Xtend 接口电路设计40-41
• 3.5 舵机接口电路设计41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 接口模块硬件设计43-50
• 4.1 引言43
• 4.2 SPI 电路设计43-46
• 4.2.1 A/D 转换接口电路设计43-45
• 4.2.2 D/A 转换接口电路设计45-46
• 4.3 PWM 捕获接口电路设计46
• 4.4 离散量接口电路设计46-47
• 4.5 串行接口电路设计47-48
• 4.6 CAN 接口电路设计48-49
• 4.7 本章小结49-50
• 第五章 驱动程序设计50-65
• 5.1 引言50
• 5.2 Bootloader 的移植50-53
• 5.2.1 Bootloader 简介50-51
• 5.2.2 U-Boot 的移植51-53
• 5.3 系统板级初始化53-57
• 5.3.1 BDM 调试环境配置53-55
• 5.3.2 系统的启动55-57
• 5.4 存储器驱动程序57-59
• 5.4.1 SRAM 驱动程序57
• 5.4.2 FLASH 驱动程序57-59
• 5.5 A/D 和 D/A 驱动程序设计59-60
• 5.6 PWM 驱动程序设计60-62
• 5.6.1 PWM 输出驱动程序设计60-61
• 5.6.2 PWM 捕获驱动程序设计61-62
• 5.7 离散量驱动程序设计62-63
• 5.8 串行接口驱动程序设计63-64
• 5.8.1 CPU 自带串口驱动程序设计63-64
• 5.8.2 TPU3 单元配置串口驱动程序设计64
• 5.9 本章小结64-65
• 第六章 系统测试结果和分析65-73
• 6.1 引言65
• 6.2 小型无人机飞行控制系统硬件参数65-66
• 6.3 处理器最小系统测试66-68
• 6.4 接口模块测试68-70
• 6.4.1 A/D 采样测试68
• 6.4.2 PWM 接口测试68-69
• 6.4.3 离散量接口测试69
• 6.4.4 串行接口测试69-70
• 6.5 系统集成测试70-72
• 6.6 本章小结72-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 本文主要研究工作73
• 7.2 后续工作展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的学术论文79

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