基于TMS320F2812的小型无人机控制系统设计

摘要

无人机目前以使用灵活的特点在民用和军用领域中发挥着非着重要的作用。无人机要实现自动控制飞行的功能所必需要有飞控计算机、传感器和舵机三个基本机构。微型自驾仪是小型无人机的系统的核心控制机构，其性能的高低直接影响着无人机性能的好坏。随着无人机对控制系统的处理速度和微型化方面的要求越来越高，具备高速时钟和丰富的外围接口的DSP处理器为控制核芯的微型自驾仪目前成为飞控系统的研究热点之一。
　　 本文面向小型无人机，用Altium Designer软件设计并实现了基于TMS320f2812的微型自驾仪，它是小型无人机的飞控分系统。系统包含三轴陀螺仪、加速度计、电子罗盘等所需的外设模块以及外扩存储器、A/D转换、串口通信、驱动控制模块等硬件资源扩展，并集成了GPS设备接口和2.4G无线传输模块以及舵机驱动电路和电机驱动电路。传感器可以检测机体的状态信息并把这些信息转换成CPU可以识别的电信号，控制系统计算接收的电信号并依此向舵机发出PWM控制信号从而修正机体的姿态。上位机可以通过串口通信对系统进行监视和控制。手动或制导指令可通过无线电或上位机输入飞控。在硬件系统的电路板设计中，充分考虑了系统的抗电磁干扰(EMC)性能。在硬件平台设计完成以后，针对系统的硬件调试编写了一些测试程序，对系统进行的必要的调试。通过对系统硬件平台的长时间的多次测试后表明，设计的方案是合理可行的，系统具有可靠性高、体积小、功耗低、实时性好等特点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题的研究意义

1．4 本论文研究的内容

2 无人机原理

2．1 无人机的分类

2．2 无人机的优点

2．3 飞行原理简介

2．4 无人机系统的构成

2．5 飞控系统与地面站

2．6 本章小结

3 飞控硬件设计

3．1 系统性能指标

3．2 总体设计方案

3．3 DSP系统电路

3．3．1 电源电路

3．3．2 复位电路

3．3．3 时钟电路

3．2．4 JTAG接口电路

3．3．5 外扩存储器电路

3．3．6 串口电路

3．4 传感器接口电路

3．4．1 L3G4200D陀螺仪

3．4．2 MMA7361加速度计

3．4．3 HMC5883磁感应计

3．4．4 BMP085气压高度计

3．4．5 NRF24L01 2．4G模块

3．5 舵机驱动电路

3．6 电池供电电路

3．8 电机驱动电路

3．7 PCB设计规则

3．8 本章小结

4 系统软件设计

4．1 开发环境CCS简介

4．2 初始化和主程序

4．3 PWM信号的产生

4．4 串行外设总线SPI

4．5 ADC模块分析

4．6 虚拟IIC总线

4．7 控制程序流程

4．8 姿态解算方法

4．9 导航算法分析

4．10 本章小结

5 系统的测试

5．1 DSP电路测试

5．2 外围设备测试

5．3 控制功能测试

5．4 测试情况总结

6 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

个人简历