文档介绍：计算机应用《电子技术》2004 年第 10 期

单片机在超小型无人飞行器
控制系统中的应用*

上海大学机械工程与自动化学院(200072) 吉梅峰蒋蓁田志辉

摘要 C8051 是一款功能强劲的单片机,基于单片机 C8051F021 设计超小型无人飞行器舵机控制及
数据采集系统是一种成本低廉、实现容易的方法,文章介绍了舵机控制系统的实现原理及 C8051 的数
据采集方法并给出了该系统具体的软硬件设计,系统在飞行器多次试飞后,证明是实用的。
关键词舵机控制数据采集陀螺滤波遥控发射

随着全球反恐进一步升级,无人机已经成为军事部制)、RPV/RC(操纵者只能使用 RC 发射机控制飞行器
门、科研院所研究的热点,超小型无人飞行器是无人机方向舵,而速度、高度和飞行稳定由系统自动控制)、
家族中特征尺寸介于微型飞行器和小型无人机之间的机 UAV(自主飞行控制模式,系统按照设定自动控制舵机
种,它集中了小型机负载能力大和微型机成本低、操作完成飞行任务)。
控制容易等优点,越来越受到研究人员的青睐。C8051
高度计、空速计
是一款功能强劲的单片机,将它运用在超小型无人飞行
角速率陀螺1
器控制系统可实现控制舵机、传感器数据采集及与主控 C8051
MAX 单片角速率陀螺2
计算机串口通信等功能。本文就超小型无人飞行器机型 RS-232 232
机角速率陀螺3
舵机
特点和实际需要,设计了基于 C8051F 单片机舵机控制和 PC104 4路PWM 4路
主控计算机切换装置
传感器数据采集系统,这种方法制作经济、实现容易,
4路
下文将介绍该系统的实现方法。开关
通道
遥控接收机
1 总体设计和主要功能
在无人飞行器控制系统中,需要多种传感器感知飞图1 C8051应用系统的总体设计
行器状态,C8051 单片机具有 8 通道 12 位 A/D 转换器,
2 硬件设计
所以可对高度、空速压力传感器,三轴角速率陀螺进行
A/D 转换采集,采集到的数据通过标准 RS232 串口传给由于超小型无人飞行器体积小、负载能力低,所以
主控计算机。图 1 所示为 C8051 应用系统的总体设计。要求机载设备尽可能的结构紧凑、重量轻,这样既可以
而主控计算机对传上来的数据及其他传感器、GPS 数据提高飞行系统的响应速度,又能增强系统稳定性。基于
进行处理经串口发送自主控制信号,C8051 单片机系统接以上特性,本文设计了以 C8051F021 单片机为控制中心
收到信号后将解析出自主信息,计算出舵机控制量,然的无人机外围控制系统。
后通过 C8051F021 的 PCA 实现 16 位 PWM 精确控制各个该控制系统主要由 CPU 控制单元、数据采集单元、
舵机。由于超小型无人飞行器体积小、总量轻,飞行中电源单元、电子开关组单元和串口接收单元等组成。硬
极易受环境干扰而破坏自主飞行,为了避免飞行事故, 件电路原理见图 1。
就要求飞行器在紧急情况下能及时切换到遥控方式,所 CPU 控制单元
以我们要求舵机控制系统能通过遥控发射机的开关通道 CPU 选用 Silicon Lab 公司的 C8051Fxxx 单片机,该
对飞行模式进