固定翼飛機豎直飛行控制系統的設計

軟件描述

　　主控MCU部分，流程圖見(jiàn)圖5。

　　·讀取遙控信號：這個(gè)遙控信號見(jiàn)圖5右上角，是9個(gè)脈沖組成的脈沖串，每20ms一串，讀取的方法如下，由TPM捕捉到脈沖的上升沿進(jìn)入模定時(shí)器捕捉中斷程序后，先看是不是脈沖串里的第一個(gè)，若是就把定時(shí)器清零，然后把捕捉值存入數組，這樣9次后，數組里就由低到高地存下了每個(gè)脈沖發(fā)生的時(shí)間，用減法一算，各脈沖寬度就出來(lái)了。為防止出錯，附加了脈沖數錯誤預防，就是對脈沖個(gè)數進(jìn)行計數，如果在一個(gè)脈沖串里讀到了多于9個(gè)脈沖就意味著(zhù)有干擾了，需要盡快把所有脈寬按中間值1.5ms處理。這樣雖然和遙控器發(fā)出的指令不一樣，但減少了出大問(wèn)題的機會(huì )。

　　·8ms定時(shí)中斷：系統有一個(gè)模定時(shí)器18ms中斷程序，因為正常的脈沖串9個(gè)脈沖不會(huì )超過(guò)18ms，所以可以讓定時(shí)器在第一個(gè)脈沖開(kāi)始時(shí)計數，計到18ms就認為一個(gè)脈沖串結束，把脈沖數計數器清零。模定時(shí)器捕捉中斷程序里看到這個(gè)計數器被清零了就知道下一個(gè)脈沖串開(kāi)始了。這個(gè)中斷還為PID的定時(shí)運算提供時(shí)間標志，每進(jìn)入一次中斷就把標志置位，主程序讀到標志被置位就進(jìn)行PID運算，這樣就保證了PID運算的周期是固定的。

　　·1.67ms中斷程序和A/D中斷程序：為了讀取MMA7260QT輸出的數據需要用A/D讀值，這里每1.6667ms進(jìn)入中斷一次設定A/D通道，讀完三個(gè)通道用時(shí)5ms，在兩個(gè)脈沖串的標準間隔20ms內可以各讀4次，用滑動(dòng)平均值算法后可以濾除干擾。

主程序介紹

　　雖然傳感器都是水平放置的，但因為溫度電壓等的不同，三個(gè)軸的輸出和計算的輸出是不一樣的，會(huì )有少許偏差，為了解決這個(gè)問(wèn)題，在上電后先對三個(gè)軸的值連續讀64次后平均，把這個(gè)平均值作為飛機要穩定的目標值，這樣飛機就基本穩定了。

　　提到穩定，PID功不可沒(méi)，主程序里的PID有兩處要提一下。一是因為傳感器的穩定性問(wèn)題和飛機的抖動(dòng)，A/D輸出值差2、3個(gè)數是很正常的，所以在主程序里要判斷一下，如果誤差值在3以?xún)?，則不進(jìn)行PID運算，這樣就減少了舵機無(wú)謂的抖動(dòng)；二是因為飛機的前后左右重量不一致，所以在飛機前傾后仰左右擺動(dòng)時(shí)要用不同的P值計算。

　　主程序每20ms更新一次數據，數據就是前后左右上下的控制脈沖的寬度。這個(gè)數據是把模定時(shí)器捕捉中斷程序里捕捉到的數直接拿來(lái)用還是要拿PID運算的數據來(lái)用？這由一個(gè)脈寬（決定此時(shí)飛機是否要豎直飛行的脈寬）決定，這里用到的是第7個(gè)脈沖的脈寬，也就是遙控器的第7通道，這個(gè)參數被命名為Helen，當Helen > 1500（1.5ms）時(shí)就是操縱者要豎直飛行，要把PID運算的數據輸出；當Helen < 1500時(shí)就是正常飛行，直接把模定時(shí)器捕捉中斷程序里捕捉到的數輸出就可以了。

　　要得到各個(gè)脈沖寬度，只要把從低到高的每個(gè)脈沖發(fā)生的時(shí)間做減法就可以了，這個(gè)減法運算也是在主程序里完成的。減法完成后還要對脈沖寬度進(jìn)行出錯處理，要檢查一下，小于1ms的按1ms算，大于2ms的按2ms算，處理完了就可以調用發(fā)送中斷發(fā)送給輔助MCU了。調用方式是把數組排列好，把發(fā)送數據計數器清零，打開(kāi)發(fā)送中斷允許位，這時(shí)發(fā)送緩沖區是空的，發(fā)送中斷一允許，它就立刻進(jìn)中斷開(kāi)始發(fā)送。

　　串口發(fā)送中斷程序：程序進(jìn)入本中斷后首先把發(fā)送數據計數器指示的數送到發(fā)送緩沖區去發(fā)送，如發(fā)送完了就把發(fā)送中斷允許位清零，以防止正在發(fā)送的數據發(fā)送完后再次進(jìn)入中斷；如沒(méi)發(fā)送完就直接退出，等待下次中斷。

　　輔助MCU程序流程圖見(jiàn)圖6。

　　串口接收中斷：輔助MCU程序的關(guān)鍵在串口接收中斷，接收到的數要存入指定的數組，這個(gè)容易實(shí)現，而把引導頭找出來(lái)就不那么容易了，因為作為引導頭的0xAA、0x55也有可能是數據，只有連起來(lái)的才是引導頭，判斷方法詳見(jiàn)圖6。

　　因為本MCU只有兩個(gè)定時(shí)器，但需要控制三路脈沖，所以有兩路脈沖用定時(shí)器的PWM功能實(shí)現，另外一路需要用軟件模擬，本文選用的方法是用一個(gè)20ms的中斷，進(jìn)入中斷后把I/O口置位，然后在主程序里循環(huán)判斷定時(shí)器的值，當定時(shí)器的值大于要送的脈沖值時(shí)把I/O復位。