电子罗盘在无人机飞控器中的应用

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武器装备自动化A r am e ut aton m nt A om i

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20 0 7年第 2第 l 6卷 2期文章编号： 10— 5 6 ( 0 7 1- 0 0 0 0 6 17 2 0 ) 2 0 2— 2

2 0, o . 6 No 2 0 7 V 1 2, .1

电子罗盘在无人机飞控器中的应用李硕 1,李小民 .

( .军械工程学院光学与电子工程系，河北石家庄 0 0 0;2 6 0 1部队控制中心，北京 10 9 1 50 3 . 18 0 0 4)摘要：数字电子罗盘 HMR 0 0在飞行导航系统中的应用，首先判断接收的数据是否为起始位，是则开始采集 30

数据，读取第 2位，同时对采集到的数据进行保存，否则继续判断。通信单片机采集数据同时要判断是否为结束标志位，是则进行 CR C校验，并对数据进行处理，处理后数据送至指定的存储位置。飞行姿态的数据流向为单向，即

传感器将数据送到通信单片机，通信单片机将数据进行处理后写到指定的寄存器中，主单片机通过 IC总线将寄存 2器中的数据读出。 关键词：数字罗盘；飞控器；无人机；导航

中图分类号：T 2 31 P7.

文献标识码：A

Ap lc t n o g t l m p s n F i h n r lS se o V p i ai f o Di ia Co a si lg t Co to y t m f UALIShuol LIX i m i 一 ao— n1,

f. p . f pia& E e tc l n ie r g Or n n e n ie r gC l g, h iz u n 5 0 3 C ia 1 De to t l O c lcr a E gnei, d a c gn ei ol e S Oa h a g0 0 0, hn; i n E n e 2 C nr l e trNo 6 0 1 io L Be ig1 0 9, hn ) . o t ne, . 1 8 t f A, i n 0 0 4 C ia oC Un P j

Abtat nrd cd tea piaino ii lc mp s s c:It u e h p l t fdgt o a sHMR 0 0 i h a iain s s m fUA .Frt u g r o c o a 3 0 n te n vg t yt o V i l j d e o e syw he h he e ei e

t er t r c v d d a s he t r bi o not f i i t s a t t be n o c l t at i t s a t t r .I t s he t r bi, gi t olec da a,r d he ec d t a t ea t s on bi, nd

me n hl c n ev ec l cind t. ee s o t u ojd e T ec mmu iains gec i c l csted t n a w i o sret ol t aa Wh ra ni et g . h o e h e o c n u nc t i l hp ol t h aaa d o n e j d e edt h r n t esg io o.f tstetr n t es nbtc r nteC h c o tpo este u g s f h aai tet miai inbt r tI i i h miai i i ar o RC c ek u, rcs h it s e v n e v g, y hd t n e d t e d t o t e a p i t d p s t n o a a a d s n h a a t h p o n e o ii fRAM .T e ta s s i n o h l h o ii n d t s i n— y o h r n mi so ft e f i tp sto a a i n o e wa .Th g e d g t l o p s e d h a a t h o i i m a s s n s t e d t o t e c mmu i a i n s n l h p Th a a p o e sb h o mu i a i n sn l h p a d a c n c to i g e c i . e d t r c s y t e c m n c to i g e c i n t e ie t h e it r Th i i g e c i e d h a af o t e r g s e h o g 2 h n wrt o t e r g se . e ma n sn l h p r a s t e d t r m h e it rt r u h I C.Ke yw or:D i t lco pas; i ontols t m;U A V;Navi i ds gia m s Flghtc r yse gaton

O引言 由于数字电子罗盘 HMR3 0 0 0体积小、质量轻，

( DG、HDT和 XDR) 3种专用格式 ( R、 H, HPRCD、 CCD )[,。 11 4

并能输出飞行器

俯仰、航向、滚转三个方向上的姿态数据，能满足无人机飞行导航系统的要求。为了使数字罗盘的输出能配合飞行导航系统的工作，对其接口电路进行了设计，以提高无人机的导航精度。

2 HMR3 0 0 0在单片机系统中的使用2 1接口定义 .

HMR 0 0数字罗盘上自带标准的 D型 9针串 30口插头，可利用该插头和单片机的串口连接。考虑到采用的电源不同，HMR3 0有两种不同的连接 00方式。若未使用稳压电源，即将电源的正极连接到 HMR 0 0的管脚 9上。此时，电源电压为 6 1 V。 30~ 5

1 HMR 0 0特性 30HMR3 0数字罗盘的特性、体积和重量都能 00

满足无人机导航控制系统的要求。其特性包括：11功能特性 . HMR3 0可为导航定位系统提供航向、俯 00仰、横滚等数据。HMR3 0的串行通信是根据 00 NME 1 3标准制定的简单、步的 AS I协议， A0 8异 CI 可在单片机系统中使用 RS 2 2或者是 R一 8一3 S 4 5接

若使用稳压电源，即将稳压电源的+ 5和 VH MR3 0 0 09针串口中的管脚 8相连。

22通信程序 .

为满足机载设备或便携式设备的需要，采用单片机和 HMR 0 0组成测控系统。因 HMR3 0 30 00

口电路。HMR3 0 0 0具有连续工作、选通工作、睡眠工作和睡眠等模式。 12输出特性 .

数字罗盘带有 RS 2 2串行数据传输接口，单片一3而机也带有串口 UAR T,故两者可方便地进行数据通信。但 HMR 0 0的 RS 2 2信号电平和单片机 30一3的 T L电平不相匹配。因此，两信号间需作电平 T

HMR 0 0可输出 3种 NME标准格式 30 A

收稿日期： 2 0—9 0;修回日期： 2 0— O 2 070—2 0 7 1一 8基金项目：国家自然科学基金资助项目(0 7 0 1 6 324 )作者简介：李硕 (92 )男，河北人，军械工程学院在读硕士，从事信号与信息处理研究。 18一， 2 O

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20 0 7年第 2 6卷第 1 2期

2 0, 1 2, .1 0 7 Vo . 6 No 2

转换。该工作依靠 MAX2 2电平转换芯片完成。 0 23抗干扰措施 .

态数据被用来为反馈数据作参考。因此，负责控制算法的单片机要能及时获得数据，该系统的设

实际应用中存在较强的电磁干扰，因此，在设计中需采取各种抗干扰措施。包括：传输信号

计不会因为串行通信速度慢而延误指令。( )提高数据的可靠性。通信单片机负责和 2

电缆和机壳的设计，输入/出电路信号隔离等。输24数据传输及处理 .

H R 0 0通信，将所得数据进行判断和转换，使 M 30输入的数据始终符合主单片机对姿态数据的要求。主单片机在需要飞行器的姿态数据时， I C经 2总线采集电子罗盘的数据信息，保证数据的可靠性，减少等待时问，降低主单片机的工作量。并

在无人机飞控器的设计中，一般采用单片机来实现飞控系统的控制算法。单片机要完成：①

获得外部控制指令，并等待通过串行通信获得 HMR 0 0数字罗盘的反馈信号，从而实现控制算 30法；②将运行结果输出给舵机 J即单片机一方。面要处理控制信号的中断和实现控制算法，另一方面要和数字罗盘进行串行数字通信，在实际应用中存在很大的困难。 25接口电路设计 .由于 HMR 0 0所提供的 R 2 2数据接口不能 30 S3直接适用于无人机飞控器的设计要求。提供的解决方案是采用主从单片机，如图 1。光电电平— .

且光电隔离芯片使系统的抗干扰性提高，也提高电子罗盘的数据传输效率。 ( )缩短响应时间。从系统设计应用角度看， 3 只要传感器的数据刷新率快于飞行器的动态响应，寄存器中的数据就是可用的反馈数据，而不必等待传感器每次传输的新数据，使主单片机进

行控制算法时更加方便快捷，响应时间更短。

3电子罗盘数据的读取 罗盘数据读取处理的具体流

程：首先判断接收到的数据是否为起始位，若是则开始采集数据， 读取第 2位，同时对采集到的数据进行保存，若不是则继续判断；由于采用非定长通讯，因此在采集数据的同时要判断是否为结束标志位，如果是则进行 C RC校验，并对数据进行处理，把处理后的数据送到指定的存储位置】以上工作由通。信单片机负责，主单片机在需要数据时可通过 I C总线读出所需的飞行状态。行姿态的数据流 2飞

n

+离换 ——'芯芯

隔转

主 j 舵片；—机机 0

机吕

片片

图 1 HMR3 0 0 0与单片机接口示意图

系统设计中选用高性能的 C 0 1系列单片 85F机。C 0 1 I 0单片机作为主单片机，负责控制算 85F 2法的实现和指令的输出； C 0 1 3 0单片机作为通 85F 3

向总是单向的：即传感器将数据送到通信单片机， 该单片机将数据进行处理后写到寄存器中，主单片机将寄存器中的数据读出，所以不会出现同时读或者同时写的状况，保证数据传输的可靠。

信单片机，负责和 H MR30 0 0进行通信，并将得到的 AS I字符转换成数字类型，对其进行判断和限 CI幅，使 H MR 0 0输入的信号始终符合主单片机对 30姿态数据的要求。电平转换芯片选用 MAX2 2 0,两路的 T L信号和 R -3 T S 2 2信号的电平转换芯片， 来完成单片机和 HMR 0 0数字罗盘间通信信号 30的电平转换。光电隔离芯片采用 6 3,隔离电 N1 5压为 3 0 V,带宽达到 2 00 MHz响应速度快。,

4结束语 该设计解决了 HMR3 0接口不够灵活的问 00

题，且较好地应用到无人机导航控制系统中。

参考文献：[】彭树生 .数字电子罗盘 HMR 0 0的特性及应用… . 1 30电子技术， 0 4 ()3— 2 20,8: 9 4 .

主从单片机间的通讯采用 IC总线方式。通信 2单片机将 AS I码的数据处理完后，将数据存放在 CI指定的寄存器中。主从单片机间除 I C总线的

S 2 DA

[】单片机典型模块设计实例导航[ .北京：人民邮电 2 M】出版社 .2 0 0 4.1 6 8 . 7一l 9

和 S L两条信号线外，还有一条 I口连接线，通 C O过该线告知从处理器是否有数据要传给主处理器。该方法虽然占用芯片的 1口，但通过 IC总线来 0 2传达是否有数据信号，可提高整体的时效性。以上的设计具有以下优点：

[】陈皓生，徐军，李疆 . 3 HMR 0 0数字罗盘在微型飞行 30器中的应用… .传感器技术， 0 l 2: 4 4 . 20,0 4—6[】张颖 .基于高级语言的 HMR3 0模块接口编程[1 4 00 J.兵工自动化 . 0 2 2 0 .2l 4卜 4 .: 3

( )提高运算速度。HMR3 0输出的飞行姿 1 00

[1赵毅强，管大年，陈豪敏 .电子罗盘在精确定位平台 5 中的应用 .传感器技术学报， 0 5 l:l 0 1 2 20, 8 4— 4 . 2l