一種無人機載荷通用接口系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無人機載荷領域，具體涉及一種無人機載荷通用接口系統。
【背景技術】
[0002] 由于無人機成本相對較低、無人員傷亡風險、生存能力強、機動性能好、使用方便 等的優勢，使得無人機在航空拍照、地質測量、高壓輸電線路巡視、油田管路檢查、高速公路 管理、森林防火巡查、毒氣勘察、緝毒和應急救援、救護等民用領域應用前景極為廣闊。然 而，目前國內外的無人飛行器載荷都是相對獨立的，無人機搭載某一設備時，有針對該種設 備的單獨的一套系統，一旦更換設備，系統也要隨之更換，很難混用。另外，無人機上搭載的 設備，一般都無法與無人機主控制器進行通信，無人機也無法使用通用的接口連接不同的 載荷設備
【發明內容】
[0003] 為了解決現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種無人機載荷通用接口 系統，使得一臺無人機可以很方便的更換搭載的用戶設備，而用戶設備也可以很方便的搭 載到不同的無人機上。
[0004] 為達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：
[0005] 本發明提供了一種無人機載荷通用接口系統，包括：無人機主控制器、云臺、串行 外設總線接口（SPI)裝置、用戶設備、接口通訊模塊，所述無人機主控制器、云臺、用戶設備 通過串行外設總線接口（SPI)裝置連接，所述無人機主控制器與所述云臺、用戶設備之間 通過所述接口通訊模塊來進行數據的傳輸和共享；所述無人機主控制器包括七個寄存器， 分別是數據接收FIFO寄存器、云臺目標狀態寄存器、云臺實時狀態寄存器、機體目標狀態 寄存器、機體實時狀態寄存器、地理位置寄存器、目標地理位置寄存器，供用戶設備進行讀 取或寫入。
[0006] 系統工作時，所述接口通訊模塊采用"請求-響應-確認"模式，并采用校驗和來 驗證數據，所述無人機主控制器工作于主機（Master)模式，所述云臺與所述用戶設備工作 于從機（Slave)模式，當無人機主控制器提供一個中斷信號輸入，用戶設備主動通知無人 機主控制器來讀取數據，所述接口通訊模塊的具體包括以下幾項通訊規則：
[0007] 1)用戶設備接收數據鏈數據規則：當無人機主控制器發現數據鏈中存在需要向 用戶設備發送的數據時，無人機主控制器首先產生數據讀寫時鐘，然后在MOSI線上寫入 0x1，用戶設備此時進入被動數據狀態，無人機主控制器再寫入一個16位無符號整數，通知 用戶設備本次數據的長度，然后無人機主控制器繼續寫入代發送的數據，最后寫入數據校 驗和，用戶設備接收完數據之后，計算校驗和，如果校驗和相等，用戶設備在MISO線上寫入 0x0,表示數據接收成功，否則寫入0x1，表示數據接收失敗；
[0008] 2)用戶設備發送數據到數據鏈規則：當用戶要通過數據鏈發送數據時，首先拉低 中斷信號線，通知無人機主控制器產生數據讀寫時鐘，無人機主控制器將在MOSI線上寫入 0x0,用戶設備此時進入主動數據狀態，用戶設備在MISO線上寫入OxAA，激活無人機主控制 器的數據接收FIFO,然后再寫入一個16位無符號整數，告知無人機主控制器要發送的數據 長度，然后繼續在MISO線上寫入待發送的數據；數據發送完成時，用戶設備繼續寫入數據 校驗和；無人機主控制器接收完所有數據之后，計算校驗和，如果校驗和相等，無人機主控 制器在MOSI線上寫入0x0,表示數據接收成功，否則寫入0x1，表示數據接收失敗；
[0009] 3)用戶設備讀取無人機主控制器寄存器規則：當用戶要讀取無人機主控制器的 寄存器時，首先拉低中斷信號線，通知無人機主控制器產生數據讀寫時鐘，無人機主控制器 將在MOSI線上寫入0x0,用戶設備此時進入主動數據狀態；用戶設備在MISO線上寫入寄存 器的序號，激活無人機主控制器的相應寄存器，無人機主控制器在MOSI線上寫入該寄存器 的數值；
[0010] 4)用戶設備設置無人機主控制器寄存器規則：當用戶要設置無人機主控制器的 寄存器時，首先拉低中斷信號線，通知無人機主控制器產生數據讀寫時鐘，無人機主控制 器將在MOSI線上寫入0x0,用戶設備此時進入主動數據狀態；用戶設備將寄存器的序號與 0x80進行或操作，并在MISO線上寫入操作后的結果，激活無人機主控制器的相應寄存器的 寫入狀態，然后用戶設備在MISO線上寫入要設置的值；
[0011] 5)無人機主控制器服務通知規則：用戶設備通過設置某些寄存器的值，訂閱了無 人機主控制器服務通知，無人機主控制器將在達到期望值時通知用戶設備，無人機主控制 器準備通知用戶設備時，首先產生數據讀寫時鐘，然后在MOSI線上寫入0x2,再繼續寫入服 務號（寄存器序號），然后結束數據時鐘。
[0012] 所述無人機主控制器與所述云臺、用戶設備均遵循接口通訊模塊的通訊規則進行 數據的傳輸和共享。
[0013] 另外，無人機載荷通用接口系統中，無人機主控器的寄存器具體設定為：數據接 收FIFO寄存器為只寫寄存器，序號為OxAA，寫入本寄存器的數據將通過數據鏈發往控制中 心；云臺目標狀態寄存器為可讀寫寄存器，序號為0x20,用來讀取或者寫入云臺相對大地 坐標系的期望角度，無人機主控制器將在到達期望角度時通知用戶設備；云臺實時狀態寄 存器為只讀寄存器，序號為0x21，讀取云臺目前相對大地坐標系的角度；機體目標狀態寄 存器為可讀寫寄存器，序號為0x22,讀取或者寫入無人機體相對大地坐標系的期望角度，無 人機主控制器將在到達期望角度時通知用戶設備；機體實時狀態寄存器為只讀寄存器，序 號為0x23,讀取無人機體目前相對大地坐標系的角度；地理位置寄存器為只讀寄存器，序 號為0x30,讀取無人機體當前的經煒度；目標地理位置寄存器可讀寫寄存器，序號為0x31， 讀取或者寫入無人機體的目標經煒度，無人機主控制器將在抵達目的地時通知用戶設備。
[0014] 云臺可以有多種方案，其中優選的一種方案是：云臺包括姿態傳感器、模數轉換 器、微處理器和電機。所述姿態傳感器包括：磁羅盤、陀螺儀與加速度傳感器，通過磁羅盤、 陀螺儀與加速度傳感器來獲取云臺在三個空間自由度的角速度與加速度，然后對傳感器數 據進行卡爾曼濾波與融和，可計算出云臺在大地坐標系中的實時方向向量。根據實時方向 與目標方向之間的夾角，可分別驅動三軸無刷電機進行補償。云臺可工作于方向控制模式 與增穩模式。
[0015] 本發明通過云臺搭載用戶設備，提供一個接連端口連接用戶設備。用戶設備依照 本發明提出的接口通訊模塊與無人機進行通信，就能控制無人機的飛行數據與共享無人機 數據鏈。
[0016] 本發明提出的是一套方法與規范，在具體實現中，根據用戶設備的大小和重量，可 以設計幾款不同性能的云臺方案，但它們遵循接口通訊模塊的通訊規則，所述接口通訊模 塊部分是統一的，意味著用戶設備可以不必修改就能搭載到不同的無人機上。通過本發明， 地面控制中心可以通過無人機的數據鏈直接與用戶設備進行通訊。
[0017] 無人機的通用載荷接口系統，提供了一套軟硬件規范，可以使各種類型的用戶設 備與無人飛行器無縫地連接在一起，共享無人飛行器的資源，如飛行數據、通信數據鏈、能 源供給等，極大地簡化飛行器上搭載的設備的設計和開發，并極大地提高了整個飛行系統 的資源使用率，亦即提升了飛行器的工作效率，使得整個系統的資源使用率達到最優。通用 無人機載荷通用接口系統極大地增加了載荷設備的信息量，為進一步發展新型功能的載荷 設備奠定了堅實的硬件基礎。通用無人機載荷通用接口系統使用工業標準的數據總線接 口，降低了載荷設備的開發成本，通過本接口，開發者可以將無人機飛行平臺抽象成數據對 象，載荷設備可以在不了解無人機飛行平臺的細節的基礎上，實現無人飛行器的新功能。
【附圖說明】
[0018] 圖1 :無人機載荷通用接口系統技術框圖；
[0019] 圖2 :無人機載荷通用接口系統中接口通訊模塊的程序流程圖；