[发明专利]一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种小型无人飞行器，，尤其是其控制系统的技术领域。

背景技术：

无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞行器，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低的优点，广泛应用于军事，电力，测绘，森林防虫防火，勘探，监控及相关科研系统。

传统的小型无人机系统通常由遥控接收机34，飞控电脑39，舵机35、36、37，数传电台33，传感器38，和电池系统40组成，通常采用无线遥控航模的构架，即所有的外设都是连接在飞控电脑39上的，整个系统以飞控电脑39为中心，如附图1所示，这种系统有以下不足：

1、系统不易扩充，传统的无人机系统在设计完成后，基本上无法扩充；

2、接口不统一，接口种类较多，航模插接件可靠性难以保证；

3、系统中的设备除了数传电台其他设备都是单向传输信号，无法实时的反映系统中各个设备的状态；

4、缺乏系统的设计思想，系统中通常有多个无线传输系统，相互可能产生干扰；

5、单主机系统，所有的信息处理依赖于飞控电脑，主机处理压力大；

6、系统很难实现设备的冗余备份，设备出现故障，无法隔离。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是是克服上述现有技术之不足，提供一种基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，由于采用总线设备的系统的构架，在系统中实现了共享型冗余和排他型冗余技术，具有实时性好、稳定性高、速率快、扩充接点容易、相对成本低廉的特点。

其中：

共享型冗余是指总线系统中可以同时工作，同时广播数据，同时执行任务的同一类型设备，例如系统中可以有多个总线GPS设备，每一个GPS设备都可以向总线上广播所收到的数据，具体这些数据如何使用是数据消费者所关心的问题，舵机也是一种共享型的冗余设备，多个总线舵机可以消费同一个位置命令，执行相同的动作序列，共享型冗余设备的数据消费方式由组态管理系统定义。

排他型冗余是指总线系统中同一时刻某一类型的设备只能有一个设备在工作，其他备份的设备只能等更高优先级的设备让出数据生产权后才能依次向总线上发送数据；例如飞控电脑就是排他型总线设备，组态管理系统定义了设备的地址(ID)，也就决定了设备的优先权力，只有优先级最高的飞控电脑设备能向总线上发送控制指令，只有在最高优先级飞控电脑失效的情况下，次高优先权的飞控电脑才会自动替补该设备的工作。

按照本发明提供的一种包括以CAN总线网络作为通讯基础的并遵守统一的通讯协议的总线设备，所述的总线设备包括数传电台、总线传感器、飞控电脑、电源系统、舵机、任务设备和数据记录仪，所述的总线设备分别连接于CAN总线网络的接口，并与所述的CAN总线网络进行双向通讯，其中，CAN总线协议本身是短数据帧结构，具有非破坏性仲裁和错误纠正机制，该系统所有的设备都使用总线连接进行信息交换，在本系统中，飞控电脑通过CAN总线读取到总线传感器的各种飞行参数，通过自身的程序控制驱动舵机及任务设备执行相关的动作，控制飞行器的姿态、飞行方向和速度，拍照或摄像，并将相关的信息通过CAN总线发送到地面站，同时也通过CAN总线接收来自地面站传来的控制指令；所有CAN总线上传输的数据都被记录的总线记录仪中，作为将来的飞行日志和事后分析材料，总线电源管理系统则负责向总线上的其他设备提供能源，并发送当前电源的各种相关信息。该系统中所使用的设备都是以CAN总线通讯为基础设计的，设备之间通过总线系统连接，接口和通讯协议统一。

根据本发明提供的用基于总线通讯的小型无人飞行器控制系统，还具有如下附属技术特征：

所述的CAN总线网络包括有四根传输电缆，所述的四根传输电缆分别是电源正极VCC，电源负极GND，信号线CAN-H，信号线CAN-L，其中CAN-H和CAN-L是差分信号传输，有很强的抗干扰能力，传统舵机只有三根线是分别是电源负极GND，电源正极VCC，信号线SIGNAL，抗干扰能力差。

所述的CAN总线网络具有多个设备连接接口，每一个接口都是对等的，所有接口是没有区分的，不分顺序，可随意插接、相互替换，CAN设备可以连接在任意接口上。