無(wú)人機遙感平臺控制系統硬件電路設計

　　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。

　　USB接口擴展電路設計

　　USB口擴展由CH375芯片實(shí)現。CH375是南京沁恒有限公司生產(chǎn)的USB總線(xiàn)的通用接口芯片。它的主要特點(diǎn)是價(jià)格便宜、接口方便、可靠性高。支持 USB-HOST主機方式和USB-DEVICE／SLAVE設備方式。CH375的USB主機方式支持常用的USB全速設備，外部單片機需要編寫(xiě)固件程序按照相應的USB協(xié)議與USB設備通信。但是對于常用的USB存儲設備，CH375的內置固件可以自動(dòng)處理Mass-Storage海量存儲設備的專(zhuān)用通信協(xié)議，通常情況下，外部單片機不需要編寫(xiě)固件程序．就可以直接讀寫(xiě)USB存儲設備中的數據。CH375和單片機的通信有2種方式：并行方式和串行方式。USB擴展電路原理圖如圖3所示，CH375芯片設置為內置固件模式，使用12 MHz晶體。單片機P0口與CH375的D0～D7相連作為數據總線(xiàn)，譯碼器輸出與CH375的相連片選該芯片，單片機A0與CH375的A0相連，可選擇CH375的地址或是數據輸入與輸出。當A0為高電平是D0～D7的傳輸的是地址，低電平時(shí)傳輸的是數據。P3．6和P3．7分別控制CH375的讀寫(xiě)操作。CH375的接單片機的輸入端，當有數據通過(guò)USB口輸入時(shí)產(chǎn)生中斷信號，通知單片機進(jìn)行數據處理。當CH375芯片初始化后并成功與主機連通之后，指示燈亮。

　　步進(jìn)電機驅動(dòng)電路

　　穩定云臺控制即為三自由度步進(jìn)電機控制，即控制遙感傳感器的俯仰角、橫滾角和航向角使穩定云臺保持水平（或垂直）狀態(tài)。步進(jìn)電機驅動(dòng)由THB6128芯片實(shí)現，單片機只需輸出步進(jìn)電機運行方向和脈沖信號即可達到控制步進(jìn)電機的目的。

　　THB6128是高細分兩相混合式步進(jìn)電機驅動(dòng)專(zhuān)用芯片，通過(guò)單片機輸出控制信號，即可設計出高性能、多細分的驅動(dòng)電路。其特點(diǎn)為雙全橋MOSFET驅動(dòng)，低導通電阻Ron=0．55 Ω，最高耐壓36 V，大電流2．2 A（峰值），多種細分可選，最高可達128細分，具有自動(dòng)半流鎖定功能，快衰、慢衰、混合式衰減3種衰減方式可選，內置溫度保護及過(guò)流保護。圖4為航向角步進(jìn)電機驅動(dòng)電路，俯仰角、橫滾角步進(jìn)電機驅動(dòng)與之相同。圖中CP1與U／D分別為單片機給出的驅動(dòng)脈沖與電機運行方向控制信號。M1，M2，M3為電機驅動(dòng)細分數選擇信號輸入，由撥碼開(kāi)關(guān)人為控制。FDT1與VREG1分別為衰減模式選擇電壓與電流控制電壓輸入端。當3．5 V時(shí)為慢衰減模式；當為混合衰減模式；當FDT1《0．8 V時(shí)為快衰減模式。調整VREG1端電壓即可設定步進(jìn)電機驅動(dòng)電流值。

　　CCD／相機驅動(dòng)電路設計

　　CCD／相機驅動(dòng)由單穩態(tài)觸發(fā)器74LS221和光耦合器P521實(shí)現。74LS221既可以下降沿觸發(fā)也可上升沿觸發(fā)，且都可以禁止輸出。其輸出的脈寬通過(guò)內部補償獲得而不受外部電壓和穩定影響，在大多數應用中，脈寬只由外接的時(shí)控元件決定。CCD／相機驅動(dòng)電路如圖5所示。圖示參數的單穩態(tài)觸發(fā)器高電平持續時(shí)間約為33 ms，可根據相機的實(shí)際曝光時(shí)間的需要，改變電路的充電時(shí)間常數RC來(lái)調節穩態(tài)時(shí)間的長(cháng)短。圖中Camera為單片機P3．5口，當其為下降沿時(shí)，觸發(fā)單穩態(tài)觸發(fā)器輸出高電平，此高電平作用于光耦合器P521的二極管端，從而觸發(fā)三極管端導通，進(jìn)而觸發(fā)相機快門(mén)。P521的輸出端串接一個(gè)10kΩ的電阻，防止導通時(shí)電流過(guò)大而損壞相機。

　　數據存儲模塊由AT24C512實(shí)現，單片機P3．0，P3．1口分別與AT24C512的SCL、SDL端口相連，并接入上拉電阻，模擬I2C總線(xiàn)擴展 64 KB E2PROM數據存儲器。SRAM擴展由IDT6116SA芯片實(shí)現，擴展2 KB用于緩存單片機計算過(guò)程中的臨時(shí)數據。系統輸入電壓為12 V直流電，電源模塊采用7805與7805兩片三端穩壓器串接，降低單片穩壓器兩端的壓降，獲得平穩的+5 V電壓。|

　　通過(guò)實(shí)驗證明本系統可以較好的滿(mǎn)足無(wú)人機航空遙感平臺機載作業(yè)控制的要求，可以協(xié)調電子吊艙的各個(gè)組件工作，控制相機的姿態(tài)，實(shí)時(shí)下傳機載作業(yè)數據，使用的I／O口較少，USB接口的擴展解決了當前許多筆記本電腦不具備COM口的問(wèn)題，在野外實(shí)驗時(shí)亦可及時(shí)的處理作業(yè)系統中的照片信息數據。單片機仍還有較多的資源可以利用，可方便系統的升級，但同時(shí)也受到微處理器數據處理能力的限制。