無(wú)人機航空遙感平臺機載作業(yè)控制系統設計

摘要：無(wú)人機相比較衛星和載人航空飛機遙感平臺而言，具有成本低、靈活性高的特點(diǎn)。為了滿(mǎn)足科學(xué)遙感實(shí)驗、完成遙感作業(yè)任務(wù)、協(xié)調無(wú)人機電子吊艙中多組件工作、控制遙感影像傳感器姿態(tài)，系統以AT89S52為主控芯片，擴展多路串口及USB接口以實(shí)現系統與外圍設備的通信，同時(shí)設計了相機驅動(dòng)模塊及三自由度步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊。通過(guò)無(wú)人機航空遙感實(shí)驗證明該系統能夠滿(mǎn)足遙感實(shí)驗要求。
關(guān)鍵詞：無(wú)人機；遙感；AT89S52；姿態(tài)控制

0 引言
無(wú)人機技術(shù)作為人類(lèi)早期航空的重要組成部分，已有一百多年的歷史，在軍事領(lǐng)域得到了廣泛的應用，主要西方國家都將其當作未來(lái)空軍最具優(yōu)勢和前景的發(fā)展方向。近年來(lái)，無(wú)人機的應用范圍已經(jīng)由最初的軍事領(lǐng)域拓展至民用領(lǐng)域和科研領(lǐng)域。我國無(wú)人機工業(yè)起步雖晚，但發(fā)展迅速．已步入世界前列?，F代社會(huì )中，遙感技術(shù)已成為人類(lèi)獲取地理環(huán)境及其變化信息的重要手段。隨著(zhù)信息科學(xué)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各國對遙感數據的需求急劇增長(cháng)，然而對于許多發(fā)展中和不發(fā)達國家而言發(fā)展耗資巨大的航天遙感系統目前存在技術(shù)上和資金上的困難。將無(wú)人機作為航空攝影和對地觀(guān)測的遙感平臺為解決這種困難提供了一種新的技術(shù)途徑，為遙感應用注入了新鮮血液。
無(wú)人機相比較衛星和載人航空飛機遙感平臺而言，具有成本低、靈活性高的特點(diǎn)。然而，傳統的無(wú)人機并不是為遙感目的而設計的，同樣，許多遙感設備也不是專(zhuān)門(mén)為無(wú)人機設計的，其結果是導致了他們之間的集成困難，為了滿(mǎn)足遙感科學(xué)實(shí)驗、定標遙感與真實(shí)性檢驗、遙感傳感器試驗等遙感實(shí)驗巨大需求，無(wú)人機航空遙感實(shí)驗平臺是一個(gè)很好的解決方案。無(wú)人機航空遙感平臺機載作業(yè)控制系統能夠協(xié)調無(wú)人機航空遙感平臺中電子吊艙的多組件的工作，實(shí)時(shí)對遙感影像傳感器進(jìn)行姿態(tài)控制，對于獲得良好有效的遙感數據起到至關(guān)重要的作用。

1 系統功能及結構
系統的目標是滿(mǎn)足無(wú)人機航空遙感作業(yè)需求。該系統控制無(wú)人機按照預定的作業(yè)計劃任務(wù)或者接受人工遙控執行遙感作業(yè)，協(xié)調電子吊艙中多組件的工作，與數傳電臺、自動(dòng)駕駛儀、穩定云臺、航姿系統以及CCD／相機相連。
系統功能包括：
(1)接收數傳電臺命令，將命令分流到穩定云臺和CCD／相機；
(2)接收航姿系統和自動(dòng)駕駛儀的時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高度、俯仰、滾動(dòng)、航向等參數，將其存儲在控制系統中并由數傳電臺回傳至地面飛行控制站；
(3)根據航姿系統參數生成電機驅動(dòng)參數，驅動(dòng)穩定云臺，保持穩定云臺處于穩定水平(或垂直)狀態(tài)；
(4)數據存儲，存儲作業(yè)任務(wù)及航姿系統和自動(dòng)駕駛儀的相關(guān)參數，并能夠通過(guò)USB接口導入地面飛行控制站。
無(wú)人機航空遙感平臺機載作業(yè)控制系統原理框圖如圖1虛線(xiàn)內部分所示，系統由MCU(微控制器)、電源、數據存儲器、RAM擴展、4路串口擴展、1路USB擴展、步進(jìn)電機驅動(dòng)、CCD／相機驅動(dòng)及電源共8個(gè)子模塊組成。MCU是整個(gè)系統的核心部分，負責與其數據存儲器、4路串口擴展、1路USB擴展及RAM擴展模塊間的通信，并根據作業(yè)計劃產(chǎn)生CCD／相機和步進(jìn)電機的控制信號，控制相應的驅動(dòng)模塊。電源模塊負責給
各子模塊供電。核心器件選用美國ATMEL公司開(kāi)發(fā)的一款采用CMOS工藝低功耗、高性能的8位微處理器AT89S52。該芯片片內集成8 KB ISP(In System Programmable)可重復擦寫(xiě)高密度非易失性Flash。全面兼容Intel 80C51的輸出引腳及指令系統。從而不需要額外擴展程序存儲器，同時(shí)也能快速的處理數據處理任務(wù)。

2 系統硬件實(shí)現
2．1 4路串口擴展電路
4路串口擴展電路由TL16C554A芯片實(shí)現。TL16C554A是一個(gè)整合4個(gè)通道即TL16C550C的增強型異步通信組件(ACE)。它的每個(gè)通道能從外圍設備或MODEM接收數據，實(shí)現串--并轉換；同時(shí)，它也可以從CPU端接收數據，實(shí)現并--串轉換。CPU可以在工作時(shí)隨時(shí)查詢(xún)每一個(gè)通道的完整狀態(tài)，監視各種命令的執行及任何發(fā)生的錯誤。
TL16C554A四通道異步通信組件可以置于交替于交替FIFO模式，該模式激活內部FIFO以使16個(gè)字節(加上接收FIFO中每個(gè)字節的3位誤差數據)可以同時(shí)存儲在接收與發(fā)送模式中。FIFO工作模式具有自動(dòng)流控特點(diǎn)，可以極大地降低軟件開(kāi)銷(xiāo)，并且可以通過(guò)輸出信號和輸入信號自動(dòng)控制串行數據流來(lái)提高系統效率。所有邏輯均在片內以便使系統開(kāi)銷(xiāo)最小，使系統效率最高。這2個(gè)引腳端還用于對直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)傳送信號。每個(gè)異步通信組件都含有一個(gè)可編程的波特率發(fā)生器，可以將定時(shí)基準時(shí)鐘輸入除以1到216-1之間的任意數。