基于ARM11+CPLD的小型无人机飞行控制器设计 (2) 无人机, 控制器, 稳定性, 分辨率, 传感器

yuyang911220

2.2  姿态控制功能模块硬件设计
姿态控制功能模块主要由采集姿态数据和输出姿态控制指令两部分构成。
本文姿态传感器采用ADI公司的ADIS16365惯性传感器。ADIS16365内部集成3个陀螺仪和3个加速计,测量范围可达为±300°/sec,±18g,角度分辨率为±80°/sec。应用ADI的iMEMS Motion Signal Processing(运动信号处理)技术,对电压变化、温度变化及其它影响进行校准,具有动态补偿功能[5]。ADIS16365提供一个串行外部接口SPI。硬件电路设计上,连接SPI通讯端口、片选脚,如图2所示。ADIS16365对于电压的稳定性要求较高,其工作电压为4.75V-5.25V,系统板电源设计上要考虑到电压的输出范围。

姿态控制是通过控制无人机上各数字舵机的转角大小和动力大小来实现。本文无人机以锂聚合物电池作为动力电源,由电子调速器来控制直流无刷电机的转速,电子调速器通过输入的PWM信号控制。数字舵机的转动角度由输入到舵机信号线的PWM信号决定。本文无人机上的4路PWM控制信号,周期为20ms,脉宽范围为1ms至2ms,都由CPLD产生,其内部实现过程如图3所示,各模块功能介绍如下:

(1) SPI数据接收模块,负责对MCU发出的数据及指令进行实时的接收。实现的基本原理是模拟从设备SPI通讯协议,数据通讯采用的是16位数据结构,另外SPI接收模块只负责对MCU数据的接收,不负责对CPLD内部数据的发送操作,目的是增加了模块实现的可能性。从SPI接收模块的端口引脚可以大致将其定义为一个由串口通讯转化为并口通讯的转换模块。