一种无人机飞控计算机控制装置的制作方法

1.本实用新型属于无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机飞控计算机控制装置。


背景技术：

2.无人机(unmanned aerial vehicle uav)是一种有动力、可控制、能携带多种任务设备、执行多种任务，并能重复使用的无人驾驶航空飞行器；与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、快速反应、机动灵活、对任务环境要求低、生存能力强等优点，鉴于其独有的优势，无人机的使用范围已拓宽到军事、科研和民用三大领域。飞控计算机配合机载传感设备、执行机构共同构成无人机飞行控制系统，实现对无人机的实时控制。
3.现有飞控计算机主要有以dsp加接口芯片为核心的嵌入式计算机、以arm加接口芯片为核心的嵌入式计算机、以powerpc加接口芯片为核心的嵌入式计算机、以x86加接口芯片为核心的嵌入式计算机等4种体系。
4.以上4种体系均使用国外芯片，即使使用国产替代-例如国产ar m芯片-进行设计，也不能做到主要芯片全部国产化，需要使用大量国外芯片进行系统的构建。在目前的国际环境下，如遭遇封锁，则上述4种体系均会出现缺少配件而无法生产的情况。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种无人机飞控计算机控制装置，解决了现有技术中存在的飞控计算机装置需要使用大量国外芯片进行系统的构建，国内无法自主生产的问题，其使用芯片100％国产，整机自主可控。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
7.一种无人机飞控计算机控制装置，包括底板，底板通过isa总线分别连接有cpu板、串口板、综合板和电源板，cpu板、串口板、综合板通过isa总线相互连接，电源板通过底板，向所有单板供电。
8.cpu板设有cpu芯片，cpu芯片通过spi接口与flash相连，cp u芯片通过ddr控制器连接ddr内存，cpu芯片通过网口协议芯片连接调试网口。
9.cpu芯片包括通过ht总线相连接的3a处理器与桥片，桥片通过 pcie总线和fpga芯片相连接，3a处理器uart接口连接rs232芯片； 3a处理器通过ddr3通道与内存相连接,3a处理器与bios芯片通过lpc总线相连。
10.串口板包括12路隔离rs422/rs232串行接口芯片，飞控计算机使用rs422接口与具有串行接口的机载设备进行通信。
11.rs422/rs232串行接口芯片连接有fpga芯片，并依次连接原有光耦隔离电路和串口驱动电路，通过航插与无人机具有串行接口的机载设备进行通信。
12.电源板包括电源连接器，电源连接器依次连接有emi滤波器、2 8v隔离电源模块，28v隔离电源模块分别连接有5v电源和
±
15v电源，5v电源和
±
15v电源最终都连接底板连
接器，将输入28v电源滤波隔离后，输出
±
15v,+12v电压供整机使用。
13.综合板包括高精度32路国产a/d，高精度32路国产a/d连接有机载垂直陀螺、左右升降控制量、左右升降舵偏角、方向舵控制量、方向舵偏角、风门控制量、风门舵偏角、发动机缸体温度、电源电压，对其状态进行采集并输出开关控制信号来控制无人机的动作。
14.飞控计算机单板均为现场可更换单元lru,现场可以通过直接更换cpu板等来进行维修。
15.飞控计算机同时兼容国产loongworks操作系统和国产loongnix 操作系统。
16.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
17.(1)本实用新型能够实现飞行控制律的运算；实时采集传感器信号；实时输出各操纵面控制指令；与地面站通信，下发遥测数据，接收遥控指令；按飞行时序的要求，输出时间控制指令；提供计算机时钟供软件使用；能完成无人机飞控计算机的全部功能。
18.(2)本实用新型的所有元器件均为国产芯片、国产化率100％，整机自主可控，安全性高。
19.(3)本实用新型采用国产操作系统，源码自主可控，安全性高。
附图说明
20.图1是本实用新型的基于龙芯处理器的全国产飞控计算机架构框图；
21.图2是本实用新型的基于龙芯处理器的全国产飞控计算机cpu 板框图；
22.图3是本实用新型的基于龙芯处理器的全国产飞控计算机串口板框图；
23.图4是本实用新型的基于龙芯处理器的全国产飞控计算机综合板框图；
24.图5是本实用新型的基于龙芯处理器的全国产飞控计算机电源板框图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
26.一种无人机飞控计算机控制装置，包括底板，底板通过isa总线分别连接有cpu板、串口板、综合板和电源板，cpu板、串口板、综合板通过isa总线相互连接，电源板通过底板，向所有单板供电。
27.cpu板设有cpu芯片，cpu芯片通过spi接口与flash相连，cp u芯片通过ddr控制器连接ddr内存，cpu芯片通过网口协议芯片连接调试网口。
28.cpu芯片包括通过ht总线相连接的3a处理器与桥片，桥片通过 pcie总线和fpga芯片相连接，3a处理器uart接口连接rs232芯片； 3a处理器通过ddr3通道与内存相连接,3a处理器与bios芯片通过lpc总线相连。
29.串口板包括12路隔离rs422/rs232串行接口芯片，飞控计算机使用rs422接口与具有串行接口的机载设备进行通信。
30.rs422/rs232串行接口芯片连接有fpga芯片，并依次连接原有光耦隔离电路和串口驱动电路，通过航插与无人机具有串行接口的机载设备进行通信。
31.电源板包括电源连接器，电源连接器依次连接有emi滤波器、2 8v隔离电源模块，28v隔离电源模块分别连接有5v电源和
±
15v电源，5v电源和
±
15v电源最终都连接底板连接器，将输入28v电源滤波隔离后，输出
±
15v,+12v电压供整机使用。
32.综合板包括高精度32路国产a/d，高精度32路国产a/d连接有机载垂直陀螺、左右升降控制量、左右升降舵偏角、方向舵控制量、方向舵偏角、风门控制量、风门舵偏角、发动机缸体温度、电源电压，对其状态进行采集并输出开关控制信号来控制无人机的动作。
33.飞控计算机单板均为现场可更换单元lru,现场可以通过更换c pu板等来进行维修。
34.飞控计算机同时兼容国产loongworks操作系统和国产loongnix 操作系统。
35.如图1所示，本实用新型的基于龙芯处理器的飞控计算机由cpu 板，电源板，综合板、串口板及底板组成。除电源板外，其余单板通过底板使用isa总线相互连接，电源板通过底板，向所有单板提供5 v电源，向综合板提供
±
15v电源,所述底板为连接所有单板，提供结构支撑及总线连接。
36.如图2所示，本实用新型的基于龙芯处理器的飞控计算机cpu板，包括：龙芯ls3a3000处理器、桥片ls7a1000，高云半导体的fpga 芯片gw1n-1s等芯片，3a处理器与桥片之间通过ht总线相连接，桥片和fpga芯片之间通过pcie总线相连接，fpga使用isa总线通过底板与其它单板通讯；龙芯3a处理器通过jtag接口进行调试；与龙芯3a处理器uart接口相连的芯佰微电子rs232芯片cbm3232as，提供一个调试用rs232接口；内存与龙芯3a处理器通过ddr3通道相连接,ddr3芯片采用国产紫光国芯的hxb15h4g800af；bios芯片采用 sst49lf040b，与龙芯3a处理器通过lpc总线相连；千兆网卡芯片采用天水天微混合集成电路有限公司的cx9321qnm，提供一个千兆网口用于调试；
37.如图3所示，本实用新型的基于龙芯处理器的飞控计算机串口板，包括：高云半导体的fpga芯片gw1n-1s，芯佰微电子的rs232芯片c bm3232as，rs422芯片cbm3485as。其中，fpga使用isa总线通过底板与cpu板进行通信，fpga出uart接口经过光耦隔离与rs232/rs4 22串口芯片连接；串口芯片将uart接口转换为rs232/rs422接口，通过航插、线缆和无人机相关机载设备进行通信。
38.如图4所示，本实用新型的基于龙芯处理器的飞控计算机综合板，包括：苏州云芯微电子公司的16位adc芯片ya16065,16位dac芯片 yd16d500，fpga芯片gw1n-1s，光耦使用华南微半导体的ha060-130 0s。其中，adc芯片用于接收一、二次电源电压，温度、角度、速度传感的输入电压并转换为相应数值通过spi总线发送给fpga进行处理即转发；dac芯片用于为油门、舵机产生激磁；i/o输入信号用于接收状态，开关信号；i/o输出信号用于输出pwm,开关量等信号。以上接口将数据发送至fpga，由fpga进行数据处理并通过isa总线与 cpu板交换数据。
39.如图5所示，本实用新型的基于龙芯处理器的飞控计算机电源板，包括：中科天地航空模块有限公司的emi滤波器tf-trd-3a,28v隔离电源模块tdpaz28s28w72,用于对输入28v电源进行滤波并隔离；使用天水天微混合集成电路有点公司的cxdn10s2805电源模块，将隔离后的28v转换为5v电源并通过底板输出至各个单板；使用新雷能科技股份有限公司的lfw28d15电源模块将隔离28v电源转换为
±
15v 电源并通过底板输出至综合板。
40.一种无人机机载飞控计算机设备，包括cpu板、串口板、综合板、电源板、底板等。
41.所述cpu板设有cpu芯片，所述cpu芯片通过spi接口与flash 相连，通过ddr控制器连接ddr内存，通过网口协议芯片连接调试网口。
42.所述串口板提供12路隔离rs422/rs232串口，飞控计算机使用 rs422接口与具有
串行接口的机载设备进行通信；
43.所述电源板将输入28v电源滤波隔离后，输出
±
15v,+12v电压供整机使用。
44.所述综合板具有高精度32路国产a/d，用于机载垂直陀螺、左右升降控制量、左右升降舵偏角、方向舵控制量、方向舵偏角、风门控制量、风门舵偏角、发动机缸体温度、电源电压等的状态采集并输出开关控制信号来控制无人机的动作。
45.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，包括底板，底板通过isa总线分别连接有cpu板、串口板、综合板和电源板，cpu板、串口板、综合板通过isa总线相互连接，电源板通过底板，向所有单板供电。2.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述cpu板设有cpu芯片，cpu芯片通过spi接口与flash相连，cpu芯片通过ddr控制器连接ddr内存，cpu芯片通过网口协议芯片连接调试网口。3.根据权利要求2所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述cpu芯片包括通过ht总线相连接的3a处理器与桥片，桥片通过pcie总线和fpga芯片相连接，3a处理器uart接口连接rs232芯片；3a处理器通过ddr3通道与内存相连接,3a处理器与bios芯片通过lpc总线相连。4.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述串口板包括12路隔离rs422/rs232串行接口芯片，飞控计算机使用rs232接口与具有串行接口的机载设备进行通信。5.根据权利要求4所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述rs422/rs232串行接口芯片连接有fpga芯片，并依次连接原有光耦隔离电路和串口驱动电路，通过航插与无人机具有串行接口的机载设备进行通信。6.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述电源板包括电源连接器，电源连接器依次连接有emi滤波器、28v隔离电源模块，28v隔离电源模块分别连接有5v电源和
±
15v电源，5v电源和
±
15v电源最终都连接底板连接器，将输入28v电源滤波隔离后，输出
±
15v,+12v电压供整机使用。7.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述综合板包括高精度32路国产a/d，高精度32路国产a/d连接有机载垂直陀螺、左右升降控制量、左右升降舵偏角、方向舵控制量、方向舵偏角、风门控制量、风门舵偏角、发动机缸体温度、电源电压，对其状态进行采集并输出开关控制信号来控制无人机的动作。8.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述飞控计算机单板均为现场可更换单元lru。9.根据权利要求1所述的一种无人机飞控计算机控制装置，其特征在于，所述飞控计算机同时兼容国产loongworks操作系统和国产loongnix操作系统。

技术总结
本实用新型公开了一种无人机飞控计算机控制装置，包括底板，底板通过ISA总线分别连接有CPU板、串口板、综合板和电源板，CPU板、串口板、综合板通过ISA总线相互连接，电源板通过底板，向所有单板供电。本实用新型能够实现飞行控制律的运算；实时采集传感器信号；实时输出各操纵面控制指令；与地面站通信，下发遥测数据，接收遥控指令；按飞行时序的要求，输出时间控制指令；提供计算机时钟供软件使用；能完成无人机飞控计算机的全部功能。元器件均为国产芯片、国产化率100％，整机自主可控，安全性高,采用国产操作系统，源码自主可控，安全性高。安全性高。安全性高。


技术研发人员：王中 王旭锴 闫永健 段江锋 郭宏选 李昶 李星辉
受保护的技术使用者：西安羚控电子科技有限公司
技术研发日：2021.03.31
技术公布日：2022/5/25