基于VxWorks的無(wú)人直升機控制系統設計

摘 要: 組建了一種基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統VxWorks平臺的無(wú)人直升機控制系統，實(shí)現遠距離無(wú)人直升機飛行狀態(tài)信息傳輸，接收地面基站命令后完成自主定點(diǎn)飛行任務(wù)。主要利用基于優(yōu)先級的消息隊列方法和嵌入式操作系統VxWorks的信號量與看門(mén)狗定時(shí)功能實(shí)現多任務(wù)間調度，獲得飛行狀態(tài)數據向地面基站傳輸與自主定點(diǎn)飛行的同步。通過(guò)實(shí)驗飛行，該系統的正確性與可靠性得到了驗證。
關(guān)鍵詞: 無(wú)人直升機，VxWorks，任務(wù)，消息隊列

1 前言
自主飛行無(wú)人直升機的研究是現今多學(xué)科交叉研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。無(wú)人直升機在炮兵射擊訓練、戰場(chǎng)監視、輸電線(xiàn)路巡視，森林火災狀況觀(guān)測等軍用與民用方面都有著(zhù)廣泛的作用。自從1917年英國研制出世界上第一架無(wú)人機，無(wú)人機已經(jīng)經(jīng)歷了無(wú)人靶機、預編程序控制無(wú)人偵察機、指令遙控無(wú)人偵察機、復合控制和自主飛行多用途無(wú)人機的發(fā)展過(guò)程，現今無(wú)人直升機研究在于自主飛行控制?，F今無(wú)人直升機任務(wù)多樣化和遠距離作業(yè)需求，對無(wú)人直升機遠距離通信和控制提出了更高要求【1】。

在無(wú)人直升機控制系統設計中采用實(shí)時(shí)操作系統是現今研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)。VxWorks是專(zhuān)門(mén)為實(shí)時(shí)嵌入式系統設計開(kāi)發(fā)的32位操作系統，它高性能內核和友好用戶(hù)開(kāi)發(fā)界面使得VxWorks成為目前嵌入式系統領(lǐng)域使用最廣泛、市場(chǎng)占有率最高的系統。把VxWorks操作系統應用到機載控制計算機中，可以滿(mǎn)足無(wú)人直升機信息處理的實(shí)時(shí)性要求。機載控制計算機需要控制無(wú)人直升機上多個(gè)設備，同時(shí)還需要與地面基站系統通信，VxWorks操作系統良好的多任務(wù)調度功能可以滿(mǎn)足多任務(wù)需求。同時(shí)VxWorks操作系統具備體積小、可裁減和支持多種CPU的高性能【2】，使得無(wú)人直升機控制系統在硬件選取上具備很高的靈活性。

VxWorks操作系統提供了多網(wǎng)口的源代碼驅動(dòng)，支持TCP與UDP協(xié)議、遠程調用、遠程文件訪(fǎng)問(wèn)、文件輸出、遠程命令執行等強大網(wǎng)絡(luò )通信功能，同時(shí)它的開(kāi)發(fā)工具Tornado界面友好，調試方便【3】。這些特點(diǎn)縮短了控制系統的開(kāi)發(fā)周期，達到了預期的效果。

系統設計

1.1 控制系統整體結構
無(wú)人直升機控制系統包括以下七個(gè)部分：無(wú)人直升機、機載控制計算機、機載平衡模塊、機載導航模塊、手動(dòng)遙控模塊、地面基站與其他機載模塊，其他機載模塊根據系統擴展的需要進(jìn)行添加【4】。系統的結構圖見(jiàn)圖一

圖一 無(wú)人直升機控制系統結構圖