２０１０牟第１２期
中图分类号：ＴＮ４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２５５２（２０１０）１２—０１１９—０３
某型无人机飞控机检测系统设计
朱安石，路 平，邱金刚，蔚建斌
（军械工程学院光学与电子工程系，石家庄０５０００３）
摘要：介绍了一种基于ＰＣ１０４总线的某型无人机飞控机检测系统的设计及实现方案。给出了
系统的组成，设计了测试系统的构架及软件测试流程，最后给出了系统测试界面及测试结果。
该系统已经完成了联机调试，结果表明：该系统可靠性强且测试结果准确。
关键词：ＰＣ１０４总线；无人机飞控机；检测系统
Ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ
ＺＨＵ Ａｎ—ｓｈｉ，ＬＵ Ｐｉｎｇ，ＱＩＵ Ｊｉｎ－ｇａｎｇ，ＷＥＩ Ｊｉａｎ—ｂｉｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎ＃ｎ￣ｒｉｎｇ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＣｏＲｅｇｅ，ＳｈｉｊＥｓ￣ｈｕａｎｇ ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｎｇ ｉｓ ｏｆｆｅｒｅｄ．Ｔｈｅ ｔｒｕｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｉｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｖｅｒｙ ｎｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｉｓ ａｃｃｕｒａｔｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＣ１０４ ｂｕｓ；ＵＡＶ ｆｌｉｇｈｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ；ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ
０ 引言
无人机是一种动力驱动、元人驾驶的航空器。
由于其体积小、重量轻、隐蔽性好、不必考虑飞行员
的生理因素和零伤亡等特点，在军事上的用途越来
越广泛，且随着科学技术的日新月异，无人机也在向
着智能化、用途多元化不断发展¨Ｊ。
无人机飞控机是飞行控制系统的核心部件，具
有自主飞行控制、自主导航、任务管理等功能，对整
个无人机系统起着至关重要的作用。尽管其性能相
当的稳定，但是经常在复杂环境或恶劣条件下执行
任务，会对飞控机各个模块造成不同程度的损伤，考
虑到飞控机内部十分复杂，一旦出现问题难以维修，
因此，本文设计了某型无人机飞控机的检测系统，以
提高新装备的保障能力。
１ 检测系统硬件组成及功能
无人机飞控机检测系统由三部分组成。第一部
分由主控计算机板、ＡＤ板、ＤＡ板和串口板等支持
ＰＣ１０４总线的通用性模块组成；第二部分由自研的
信号调理板组成，主要功能是完成主控计算机和飞
控计算机之间信号的转换；第三部分是供电电源部 分，负责给检测系统及飞控机供电。由于便携式检
测系统体积有限，因此设计了母板，目的是使得系统
的走线极为方便且节省了空间。系统硬件组成如图
１所示。
供 电 电 源 飞控计算机
母板
笪兰塑 皇堕ｌ ｆ Ｉ ｆ Ｉ 廊
主控计算机板
输入，输出模块
图１系统硬件组成 ２ 检测系统硬件设计
２．１系统架构设计
系统的设计必须满足宽温限、抗振动、易更换等
要求，所以系统的结构设计至关重要。根据测试机
收稿日期：２０１０—０８—０３ 作者简介：朱安石（１９８５一），男，硕士研究生，主要从事通信与信息
系统方向的研究。 箱的大小以及测试系统的特点和性能要求 ，设计
的系统结构如图２所示。
注：１一主控计算机板 ２一ＤＡ板Ｉ ３一ＤＡ板ＩＩ ４一ＡＤ板 ５一串口板 ６一ｃＰＬＤ板 ７一飞控机调理板 ８一供电板９一母版
图２检测系统架构
图中１～５部分由符合ＰＣ１０４规范的ＰＣ１０４ＣＰＵ
板、ＡＤ板、ＤＡ板、串口板插叠而成，通过设置不同
的基地址，使得四块板卡同时工作，并把各个板卡的
信号线引入母板，板６是主要由复杂可编程逻辑器
件（ＣＰＬＤ）构成的转速模拟板，板７是信号调理板，
通过９６芯的接口与母版连接，板８是供电板，外接
口与无人机地面电源相连接，为整个测试系统供电。
２．２功能模块设计
２．２．Ｉ通用性模块
ＣＰＵ板型号为ＰＣＩＯ４／ＳＤ一８４０，这是一款符合
ＰＣ１０４规范的嵌入式工业主板，该款主板集成了低
功耗ＡＭＤ ＧＥＯＤＥ—ＬＸ ＰＲＯＣＥＳＳＯＲ功能的ＣＰＵ。
板上具有ＣＲＴ／ＬＣＤ／ＬＶＤＳ显示接口、支持４个串
口、４个ＵＳＢ口、一个并口、在板ＤＯＭ、一个小
硬盘接口，可支持两个硬盘驱动器，一个ＩＯ／１００Ｍ
自适应网络接口，同时提供扩充用的标准ＰＣ／１０４
接口。
ＡＤ板型号为ＳＤ１６１Ｐ，是一块ＰＣ１０４总线的多
功能数据采集板，具有１６路Ａ／Ｄ转换通道、１路Ｄ／
Ａ通道、２４路可编程开关量输入输出，也可根据用
户需要选配功能，其中Ａ／Ｄ转换通道的主要功能是
完成飞控机输出的开关量（如：停车、开伞、延时等）
的模拟信号采集，以判断飞控机是否发出了开关控
制指令。２４路可编程开关量输入输出的主要是完
成Ｏ／悬空信号的产生和缸温模拟电路中电阻的选
择等功能。
ＤＡ板型号为ＳＤ一１８２４，有８路ＤＡ通道，ｌ２位
ＤＡ转换分辨率，电压范围：０Ｖ～５Ｖ，０Ｖ一１０Ｖ，一５Ｖ一
＋５Ｖ，一１０Ｖ～＋１０Ｖ可调，它主要的功能是产生俯
仰角、倾斜角模拟信号，为飞控计算机提供模拟的飞
行数据。
串口板采用的是ＰＣ１０４产品ＭＳＰ一１２，包含ｌ２
路串口，其中８路ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５、ＴＴＬ可选，
一】２Ｏ一 它的主要功能是直接与飞控机的各路串口连接，由
检测系统向飞控机发送数据。
２．２．２信号调理电路
信号调理板的主要功能包括：开关量的电压变
换及模拟多路开关选通，舱门开到位、舱门关到位等
信号的产生，四路缸温传感器热敏电阻的模拟，断横
修信号的产生，发动机转速模拟，提供俯仰角、倾斜
角模拟信号等。
开关量的电压变换及模拟多路开关选通主要功
能是将飞控机发出的开关指令（如停车、开伞等）经
过分压，送Ｃ１９４０５１模拟多路选择开关，通过ＡＤ板
自带的三路ＩＯ输出选通其中的１路送ＡＤ板的ＡＤ
通道，为测试主机提供数据。ＣＤ４０５ １的使用节约了
ＡＤ通道，但增大了１０口的使用量。
测试主机向飞控计算机提供舱门开到位、舱门
关到位等０／悬空信号，实现方法是：由ＡＤ板的ＩＯ
口输出控制信号，经ＭＣ１４１３Ｐ芯片变换后送１２Ｖ的
ＯＭＲＯＮ继电器，产生０／悬空信号。
缸温模拟电路的实现方法：用ＡＤ板的两路１０
控制四个继电器，分别用一个１０口控制两个继电
器，两个１０口通断确定四种阻值，四种阻值模拟真
实飞行过程中随缸温变化的热敏电阻阻值，缸温模
拟电路如图３所示。
Ｔｌ１ Ｔ２ｌ ）ｌ
ｊ ｔ１８ ２Ｉ ５０ ５０ Ｒ２４ ５ ｌ 一 厂＝１ … Ｙｌ Ｌ 一０ ｉ。
ＲＩ９广１ Ｉ广１Ｒ ”
５ ｛ —卜一 一 ｛ ｆ Ｉ Ｊ ≮ Ｏ ３ ６ Ｙ４ ’ＩＲＨ．ＡＹ Ｉ’ｒ２
－ 一ｃＲＲＡＹ 口－． ） ０ 件－ｃ
｛一 ．．． ．．Ｕ
Ｒ２９＾
图３缸温模拟电路
发动机的马力可以分为大马力、中马力、小马力
三种，三种马力分别对应不同的发动机转速频率，测
试主机针对这三种情况，设计由一片复杂可编程逻
辑器件（ＣＰＬＤ）完成三种不同频率的方波信号的产
生，由测试主机ＡＤ板上的可编程开关量分配两个
１
０控制信号，完成对三种频率的选择，将选择的方 波信号送机载计算机。
俯仰角、倾斜角信号的模拟方法是：测试主机
ＤＡ板输出的模拟信号为±５Ｖ，比俯仰角信号的电
压幅值±８Ｖ要小，因此，要通过同向放大器放大后
输出给机载计算机，其中同向放大器由ＬＭ１５８和电
位器组成。
２．２．３系统供电
系统由２２０Ｖ／５０Ｈｚ市电供电，经无人机地面电
源中的变频交流变电箱，送给直流稳压电源，由直流
稳压电源为检测设备供电。检测设备内部有ＤＣ—
ＤＣ供电板，能够完成０～１３Ｖ输人到±５Ｖ输出的
电压变换，为测试主机中的信号调理板和ＰＣ１０４板
卡和ＴＦＴｒ液晶显示屏供电。
３ 系统软件设计
３．１ 软件流程
软件设计是该系统的重要部分。该系统采用
Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００操作系统，测试软件的编写应用Ｍｉ— ＣＩＤＳＯ￣ｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋作为开发环境 Ｊ，编程语言采用
面向对象的Ｃ＋＋。
程序启动后，首先要打开ＡＤ／ＤＡ板卡，接着选
择测试方式，测试方式包括自动测试和交互测试，然
后进人测试界面并开始测试，以交互测试中的左盘
旋为例，说明测试过程，当中间的文本控件显示左盘
峰， 一 一 一，，一 … 一， ＃ ● ｝ ● ＊ ● ￡ｊ擘 ｊ ● ｉ ｔ● ，
● ｎ，● 睹● 掰● ● 嗤● ； 尊ｌ 搠 ，，一 奄野一一－－ 鹌一尊螂｝一一 ～一 ＿掌． ・●ｌ＿２－鼻●。＿＇● ｔ驰● 袖● 鱼｛●：目÷● 日 ● ： 十 ● －｝● ＿● －■ｔ Ｔ＿● ，● ｖｉｓｉｔ Ｇ 帅０ ： ．｝・’ ・ ：ｍｍ。 ｎ ・姒● 直＾● 簟 －船● ４。
挂 １、
（ａ）系统测试界面 时，点击测试，测试主机通过串口向飞控机发左盘旋
的指令，然后从飞控机相应的控制端口读出左、右副
翼的控制信号及断横修控制信号，并通过指示灯显
示出来。系统软件流程图如图４所示。
图４系统软件流程 ３．２软件运行界面
软件运行界面包括两部分。第一部分是测试界
面部分，如图５（ａ）所示，主要由飞机状态、机载供
电、左右副翼舵机状态、升降舵状态、发动机状态及
开光亮状态组成。点击下一步，会逐步显示待测内
容，点击测试，开始选定内容的测试。飞控计算机检
测结果，如图５（ｂ）所示，主要功能是显示并保存测
试结果，一旦出现故障，将会在测试结果将会显示异
常，并在备注中说明引起的原因及解决方案。
图５系统测试界面
４ 结束语
论文设计了某型无人机飞控机的检测系统，经
过调试，该系统运行稳定，各模块均符合设计要求。
该系统已经完成了初步的设计和调试，下一步将针
对系统测试速度和精度逐步的完善，以满足某型无
人机检测的需要。
参考文献：
『１］祝小平，等．无人机设计手册ｆＭ］．北京：国防工、ｌ 出版社， （ｂ）系统测试结果
２００７：１—５． ［２］张扬，陈鲁汉，宁波．基于１５５３Ｂ总线的航空电子设备的检测系 统设计［Ｊ］．电子测量技术，２００８，３１（４）：１１０一ｌ】２． ［３］程林．无人机飞控与地检系统的综合设计与实现［Ｄ］．南京：南 京航空航天大学，２００７：６—１０． ［４］沙占友，盂志永，王彦朋．单片机外围电路设计［Ｍ］．２版．北京： 电子工业出版社，２００６． ［５］孙鑫，余安萍．ＶＣ＋＋深入详解ｆＭ］．北京：电子工业出版社， ２００９：２１９—３０７． 责任编辑：刘新影
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