一种无人机载荷通用接口系统技术方案

本发明专利技术涉及无人机载荷领域，具体涉及一种无人机载荷通用接口系统，所述无人机载荷通用接口系统，提供了一套软硬件规范，可以使各种类型的用户设备与无人机无缝地连接在一起，共享无人机的资源，如飞行数据、通信数据链、能源供给等。与现有技术相比，本发明专利技术简化了无人机搭载设备的设计开发，提高了无人机飞行系统的资源使用率和工作效率。同时本发明专利技术也极大地增加了载荷设备的信息量，为进一步发展新型功能的载荷设备奠定了坚实的基础。本发明专利技术使用工业标准的数据总线接口，降低了载荷设备的开发成本，通过本接口，开发者可以将无人机飞行平台抽象成数据对象，载荷设备可以在不了解无人机飞行平台的细节的基础上，实现无人飞行器的新功能。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机载荷通用接口系统
本专利技术涉及无人机载荷领域，具体涉及一种无人机载荷通用接口系统。
技术介绍
由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等的优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒和应急救援、救护等民用领域应用前景极为广阔。然而，目前国内外的无人飞行器载荷都是相对独立的，无人机搭载某一设备时，有针对该种设备的单独的一套系统，一旦更换设备，系统也要随之更换，很难混用。另外，无人机上搭载的设备，一般都无法与无人机主控制器进行通信，无人机也无法使用通用的接口连接不同的载荷设备。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种无人机载荷通用接口系统，使得一台无人机可以很方便的更换搭载的用户设备，而用户设备也可以很方便的搭载到不同的无人机上。为达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供了一种无人机载荷通用接口系统，包括：无人机主控制器、云台、串行外设总线接口(SPI)装置、用户设备、接口通讯模块，所述无人机主控制器、云台、用户设备通过串行外设总线接口(SPI)装置连接，所述无人机主控制器与所述云台、用户设备之间通过所述接口通讯模块来进行数据的传输和共享；所述无人机主控制器包括七个寄存器，分别是数据接收FIFO寄存器、云台目标状态寄存器、云台实时状态寄存器、机体目标状态寄存器、机体实时状态寄存器、地理位置寄存器、目标地理位置寄存器，供用户设备进行读取或写入。系统工作时，所述接口通讯模块采用“请求-响应-确认”模式，并采用校验和来验证数据，所述无人机主控制器工作于主机(Master)模式，所述云台与所述用户设备工作于从机(Slave)模式，当无人机主控制器提供一个中断信号输入，用户设备主动通知无人机主控制器来读取数据，所述接口通讯模块的具体包括以下几项通讯规则：1)用户设备接收数据链数据规则：当无人机主控制器发现数据链中存在需要向用户设备发送的数据时，无人机主控制器首先产生数据读写时钟，然后在MOSI线上写入0x1，用户设备此时进入被动数据状态，无人机主控制器再写入一个16位无符号整数，通知用户设备本次数据的长度，然后无人机主控制器继续写入待发送的数据，最后写入数据校验和，用户设备接收完数据之后，计算校验和，如果校验和相等，用户设备在MISO线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；2)用户设备发送数据到数据链规则：当用户要通过数据链发送数据时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态，用户设备在MISO线上写入0xAA，激活无人机主控制器的数据接收FIFO，然后再写入一个16位无符号整数，告知无人机主控制器要发送的数据长度，然后继续在MISO线上写入待发送的数据；数据发送完成时，用户设备继续写入数据校验和；无人机主控制器接收完所有数据之后，计算校验和，如果校验和相等，无人机主控制器在MOSI线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；3)用户设备读取无人机主控制器寄存器规则：当用户要读取无人机主控制器的寄存器时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态；用户设备在MISO线上写入寄存器的序号，激活无人机主控制器的相应寄存器，无人机主控制器在MOSI线上写入该寄存器的数值；4)用户设备设置无人机主控制器寄存器规则：当用户要设置无人机主控制器的寄存器时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态；用户设备将寄存器的序号与0x80进行或操作，并在MISO线上写入操作后的结果，激活无人机主控制器的相应寄存器的写入状态，然后用户设备在MISO线上写入要设置的值；5)无人机主控制器服务通知规则：用户设备通过设置某些寄存器的值，订阅了无人机主控制器服务通知，无人机主控制器将在达到期望值时通知用户设备，无人机主控制器准备通知用户设备时，首先产生数据读写时钟，然后在MOSI线上写入0x2，再继续写入服务号(寄存器序号)，然后结束数据时钟。所述无人机主控制器与所述云台、用户设备均遵循接口通讯模块的通讯规则进行数据的传输和共享。另外，无人机载荷通用接口系统中，无人机主控器的寄存器具体设定为：数据接收FIFO寄存器为只写寄存器，序号为0xAA，写入本寄存器的数据将通过数据链发往控制中心；云台目标状态寄存器为可读写寄存器，序号为0x20，用来读取或者写入云台相对大地坐标系的期望角度，无人机主控制器将在到达期望角度时通知用户设备；云台实时状态寄存器为只读寄存器，序号为0x21，读取云台目前相对大地坐标系的角度；机体目标状态寄存器为可读写寄存器，序号为0x22，读取或者写入无人机体相对大地坐标系的期望角度，无人机主控制器将在到达期望角度时通知用户设备；机体实时状态寄存器为只读寄存器，序号为0x23，读取无人机体目前相对大地坐标系的角度；地理位置寄存器为只读寄存器，序号为0x30，读取无人机体当前的经纬度；目标地理位置寄存器可读写寄存器，序号为0x31，读取或者写入无人机体的目标经纬度，无人机主控制器将在抵达目的地时通知用户设备。云台可以有多种方案，其中优选的一种方案是：云台包括姿态传感器、模数转换器、微处理器和电机。所述姿态传感器包括：磁罗盘、陀螺仪与加速度传感器，通过磁罗盘、陀螺仪与加速度传感器来获取云台在三个空间自由度的角速度与加速度，然后对传感器数据进行卡尔曼滤波与融和，可计算出云台在大地坐标系中的实时方向向量。根据实时方向与目标方向之间的夹角，可分别驱动三轴无刷电机进行补偿。云台可工作于方向控制模式与增稳模式。本专利技术通过云台搭载用户设备，提供一个接连端口连接用户设备。用户设备依照本专利技术提出的接口通讯模块与无人机进行通信，就能控制无人机的飞行数据与共享无人机数据链。本专利技术提出的是一套方法与规范，在具体实现中，根据用户设备的大小和重量，可以设计几款不同性能的云台方案，但它们遵循接口通讯模块的通讯规则，所述接口通讯模块部分是统一的，意味着用户设备可以不必修改就能搭载到不同的无人机上。通过本专利技术，地面控制中心可以通过无人机的数据链直接与用户设备进行通讯。附图说明图1：无人机载荷通用接口系统技术框图；图2：无人机载荷通用接口系统中接口通讯模块的程序流程图；图3：无人机载荷通用接口系统中主控制器与用户设备接口通讯规则。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的技术框图；图2为无人机载荷通用接口系统中接口通讯模块的程序流程图；图3为无人机载荷通用接口系统中主控制器与用户设备接口通讯规则。如图1所示，一种无人机通载荷通用接口系统，包括：无人机主控制器、云台、串行外设总线接口(SPI)装置、用户设备、接口通讯模块，所述无人机主控制器、云台、用户设备通过串行外设总线接口(SPI)装置连接，其中，云台包括姿态传感器、模数转换器、ARM微处理器和三轴无刷电机。姿态传感器包括：磁罗盘、陀螺仪与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机载荷通用接口系统，其特征在于包括：无人机主控制器、云台、串行外设总线接口(SPI)装置、用户设备、接口通讯模块，所述无人机主控制器、云台、用户设备通过串行外设总线接口(SPI)装置连接，所述无人机主控制器与所述云台、用户设备之间通过所述接口通讯模块来进行数据的传输和共享；所述无人机主控制器包括七个寄存器，分别是数据接收FIFO寄存器、云台目标状态寄存器、云台实时状态寄存器、机体目标状态寄存器、机体实时状态寄存器、地理位置寄存器、目标地理位置寄存器，供用户设备进行读取或写入；所述无人机主控制器工作于主机(Master)模式，所述云台与所述用户设备工作于从机(Slave)模式，系统工作时，所述接口通讯模块采用“请求‑响应‑确认”模式，并采用校验和来验证数据，当无人机主控制器提供一个中断信号输入，用户设备主动通知无人机主控制器来读取数据，所述接口通讯模块具体包括以下几项通讯规则：1)用户设备接收数据链数据规则：当无人机主控制器发现数据链中存在需要向用户设备发送的数据时，无人机主控制器首先产生数据读写时钟，然后在MOSI线上写入0x1，用户设备此时进入被动数据状态，无人机主控制器再写入一个16位无符号整数，通知用户设备本次数据的长度，然后无人机主控制器继续写入代发送的数据，最后写入数据校验和，用户设备接收完数据之后，计算校验和，如果校验和相等，用户设备在MISO线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；2)用户设备发送数据到数据链规则：当用户要通过数据链发送数据时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态，用户设备在MISO线上写入0xAA，激活无人机主控制器的数据接收FIFO，然后再写入一个16位无符号整数，告知无人机主控制器要发送的数据长度，然后继续在MISO线上写入待发送的数据；数据发送完成时，用户设备继续写入数据校验和；无人机主控制器接收完所有数据之后，计算校验和，如果校验和相等，无人机主控制器在MOSI线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；3)用户设备读取无人机主控制器寄存器规则：当用户要读取无人机主控制器的寄存器时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态；用户设备在MISO线上写入寄存器的序号，激活无人机主控制器的相应寄存器，无人机主控制器在MOSI线上写入该寄存器的数值；4)用户设备设置无人机主控制器寄存器规则：当用户要设置无人机主控制器的寄存器时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态；用户设备将寄存器的序号与0x80进行或操作，并在MISO线上写入操作后的结果，激活无人机主控制器的相应寄存器的写入状态，然后用户设备在MISO线上写入要设置的值；5)无人机主控制器服务通知规则：用户设备通过设置某些寄存器的值，订阅了无人机主控制器服务通知，无人机主控制器将在达到期望值时通知用户设备，无人机主控制器准备通知用户设备时，首先产生数据读写时钟，然后在MOSI线上写入0x2，再继续写入服务号(寄存器序号)，然后结束数据时钟。...

【技术特征摘要】
1.一种无人机载荷通用接口系统，其特征在于包括：无人机主控制器、云台、串行外设总线接口(SPI)装置、用户设备、接口通讯模块，所述无人机主控制器、云台、用户设备通过串行外设总线接口(SPI)装置连接，所述无人机主控制器与所述云台、用户设备之间通过所述接口通讯模块来进行数据的传输和共享；所述无人机主控制器包括七个寄存器，分别是数据接收FIFO寄存器、云台目标状态寄存器、云台实时状态寄存器、机体目标状态寄存器、机体实时状态寄存器、地理位置寄存器、目标地理位置寄存器，供用户设备进行读取或写入；所述无人机主控制器工作于主机(Master)模式，所述云台与所述用户设备工作于从机(Slave)模式，系统工作时，所述接口通讯模块采用“请求-响应-确认”模式，并采用校验和来验证数据，当无人机主控制器提供一个中断信号输入，用户设备主动通知无人机主控制器来读取数据，所述接口通讯模块具体包括以下几项通讯规则：1)用户设备接收数据链数据规则：当无人机主控制器发现数据链中存在需要向用户设备发送的数据时，无人机主控制器首先产生数据读写时钟，然后在MOSI线上写入0x1，用户设备此时进入被动数据状态，无人机主控制器再写入一个16位无符号整数，通知用户设备本次数据的长度，然后无人机主控制器继续写入待发送的数据，最后写入数据校验和，用户设备接收完数据之后，计算校验和，如果校验和相等，用户设备在MISO线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；2)用户设备发送数据到数据链规则：当用户要通过数据链发送数据时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制器将在MOSI线上写入0x0，用户设备此时进入主动数据状态，用户设备在MISO线上写入0xAA，激活无人机主控制器的数据接收FIFO，然后再写入一个16位无符号整数，告知无人机主控制器要发送的数据长度，然后继续在MISO线上写入待发送的数据；数据发送完成时，用户设备继续写入数据校验和；无人机主控制器接收完所有数据之后，计算校验和，如果校验和相等，无人机主控制器在MOSI线上写入0x0，表示数据接收成功，否则写入0x1，表示数据接收失败；3)用户设备读取无人机主控制器寄存器规则：当用户要读取无人机主控制器的寄存器时，首先拉低中断信号线，通知无人机主控制器产生数据读写时钟，无人机主控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱韬，
申请(专利权)人：广州安云电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44