基于單片機(jī)的遙控?cái)z像飛機(jī)的設(shè)計(jì)

[摘 要]單片機(jī)，興起于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，從4位、8位發(fā)展到現(xiàn)在的16位，從當(dāng)初僅僅應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展到現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面?；趩纹瑱C(jī)技術(shù)的遙控產(chǎn)品也多種多樣，涉及多個(gè)領(lǐng)域。文章中的遙控?cái)z像飛機(jī)就是其中一種。飛機(jī)的飛行、攝像控制部分是整機(jī)的核心功能部分，這部分是由單片機(jī)及其外圍電路實(shí)現(xiàn)的。

[關(guān)鍵字]單片機(jī) 飛行控制 遙控

一、引言

單片機(jī)，興起于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，從4位、8位發(fā)展到現(xiàn)在的16位，從當(dāng)初僅僅應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展到現(xiàn)在單片機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面。

單片機(jī)技術(shù)作為控制技術(shù)的里程碑，其應(yīng)用遍及工業(yè)控制、智能化儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱。它采用了超大規(guī)模集成技術(shù)，將微型計(jì)算機(jī)的中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路集成在同一塊芯片上。構(gòu)成小巧又完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)應(yīng)用軟件的控制下，準(zhǔn)確、迅速、高效地完成規(guī)定的控制任務(wù)。所以一片單片機(jī)芯片就具有組成計(jì)算機(jī)的全部功能。單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心，除了具有通用微機(jī)CPU的數(shù)值計(jì)算功能，還必須具備靈活、強(qiáng)大的控制功能。它抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍跨度大；可靠性高；控制功能強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力強(qiáng)；且單片機(jī)的指令系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、豐富。單片機(jī)的應(yīng)用還改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，以往需要硬件模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的部分功能，現(xiàn)在可以采用數(shù)字電路通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。

基于以上所述，文章中所述的遙控?cái)z像飛機(jī)的核心控制部分采用了單片機(jī)家族中的代表性產(chǎn)品80C51。它是單片機(jī)經(jīng)典51系列中的一款。51系列單片機(jī)是在上世紀(jì)80年代推出的，是單片機(jī)家族中最經(jīng)典的代表，對(duì)整個(gè)單片機(jī)的生產(chǎn)影響深遠(yuǎn)。

二、整機(jī)設(shè)計(jì)

整個(gè)機(jī)身使用輕型材質(zhì)，如機(jī)翼部分使用的是有硬度的泡沫。整機(jī)分為四大部分：機(jī)頭，機(jī)身，機(jī)翼和機(jī)尾。機(jī)頭與螺旋槳相連，根據(jù)飛機(jī)的大小及重量對(duì)螺旋槳進(jìn)行調(diào)節(jié)。機(jī)身是整機(jī)的核心部分，機(jī)身密閉，內(nèi)置遙控信號(hào)接收器，飛行控制系統(tǒng)以及進(jìn)行攝像的相機(jī)。機(jī)翼使用輕型材質(zhì)，根據(jù)機(jī)身重量調(diào)節(jié)大小，機(jī)翼與機(jī)身連接部分是轉(zhuǎn)軸裝置，能夠在起飛和降落時(shí)調(diào)節(jié)方向。機(jī)尾連接尾翼，也可在結(jié)尾的部分加裝緊急降落安全裝置，以防飛機(jī)飛行出現(xiàn)故障或降落時(shí)將機(jī)身?yè)p壞。

三、機(jī)身內(nèi)部設(shè)計(jì)及功能

機(jī)身核心部分為密封艙，包括給整機(jī)供電用的電池、起飛開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)、遙控信號(hào)接收裝置、飛行和攝像控制系統(tǒng)、照相機(jī)、多種傳感器、飛行控制程序?qū)虢涌?、照相機(jī)內(nèi)照片導(dǎo)出接口、電池充電接口。

電池是可反復(fù)使用的充電電池。電源開(kāi)關(guān)的作用是控制電池與機(jī)身核心部分的電路連接。起飛開(kāi)關(guān)的作用是控制螺旋槳與飛行控制系統(tǒng)，當(dāng)遙控終端對(duì)飛機(jī)的飛行航線、時(shí)間、距離等設(shè)定完畢后，通過(guò)接口將設(shè)置導(dǎo)入控制系統(tǒng)中，開(kāi)啟起飛開(kāi)關(guān)，飛機(jī)即可按照設(shè)定的航線進(jìn)行飛行。

飛行和攝像控制系統(tǒng)的主要功能有：自動(dòng)爬升到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的高度，按設(shè)定好的航線自動(dòng)飛行，按設(shè)定好的時(shí)間和間隔自動(dòng)控制相機(jī)進(jìn)行拍照，自動(dòng)返航，自動(dòng)達(dá)到降落高度，在設(shè)定好的降落半徑內(nèi)自動(dòng)開(kāi)啟降落安全裝置，自動(dòng)收回相機(jī)鏡頭，自動(dòng)斷電等。

多種傳感器主要包括相對(duì)高度傳感器，溫度、濕度、風(fēng)力傳感器等。飛行控制程序?qū)虢涌凇⒄障鄼C(jī)照片導(dǎo)出接口是飛機(jī)與控制終端或外界交互的唯一途徑。

四、控制終端的功能

控制終端與飛機(jī)內(nèi)的飛行控制系統(tǒng)相配合使用，控制終端可進(jìn)行預(yù)先飛行路線及要求的設(shè)置，也可完成臨時(shí)控制任務(wù)?？刂平K端的主要功能包括：與飛機(jī)取得信號(hào)連接，規(guī)劃飛機(jī)航線，規(guī)劃飛行高度，規(guī)劃飛行面積，實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)狀態(tài)，突發(fā)事件的應(yīng)急處理，后期圖像處理，測(cè)量部分拍攝面積。

終端內(nèi)置飛機(jī)配套控制軟件，可對(duì)飛行航線等進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后，通過(guò)與飛行控制程序?qū)虢涌趯?dǎo)入到飛機(jī)的飛行控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定進(jìn)行飛行。

飛行控制軟件包括飛機(jī)控制，相機(jī)控制，遙測(cè)記錄等幾個(gè)模塊。通過(guò)控制終端與飛機(jī)中傳感器的通信，控制軟件中可以監(jiān)測(cè)飛機(jī)電壓、飛行速度、相對(duì)高度、空氣濕度、風(fēng)速、氣壓等。軟件中飛機(jī)控制部分可以預(yù)先設(shè)定飛機(jī)飛行航帶的長(zhǎng)度、寬度、高度、飛行區(qū)域飛行半徑，相機(jī)拍攝的高度、時(shí)間間隔、范圍等。

通過(guò)與飛機(jī)內(nèi)置的遙控信號(hào)接收裝置進(jìn)行通信，控制終端還可進(jìn)行實(shí)時(shí)飛行遙控。

五、遙控飛機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

遙控飛機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可以應(yīng)用在軍事，氣象，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中。軍事領(lǐng)域中可以用來(lái)勘測(cè)物理地形、地貌，進(jìn)型偵查工作；在氣象方面可以用來(lái)采集特定的氣象圖片，地貌圖片，用來(lái)測(cè)試風(fēng)速、氣壓、濕度、溫度等相關(guān)氣象參數(shù)；在農(nóng)業(yè)方面可以用來(lái)勘測(cè)植株長(zhǎng)勢(shì)、分部情況，勘察農(nóng)作物受災(zāi)情況、確定受災(zāi)面積及受災(zāi)區(qū)域。遙控飛機(jī)的應(yīng)用可以節(jié)省許多人力物力，在空中進(jìn)行俯瞰圖像采集；在危險(xiǎn)情況或人無(wú)法達(dá)到的情況下進(jìn)行圖像和各種參數(shù)的采集。

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