賈霄強(qiáng)，梁斌，李其豪，于秋芳

（天津師范大學(xué)電子與通信工程學(xué)院，天津，300387）

基于CC2630輔助定位的飛行控制器設(shè)計(jì)

賈霄強(qiáng)，梁斌，李其豪，于秋芳

（天津師范大學(xué)電子與通信工程學(xué)院，天津，300387）

針對(duì)小型航模飛機(jī)在低空小區(qū)域進(jìn)行飛行訓(xùn)練時(shí)，需要較高精度的位置信息作為輔助。設(shè)計(jì)了基于CC2630輔助定位的飛行控制器。該控制器其能夠采集三軸陀螺儀、三軸加速度、地磁信息、海拔高度、GPS位置信息等，利用RSSI算法進(jìn)行位置計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了較高精度的位置輸出。

陀螺儀；加速度；地磁信息；CC2630

0 引言

小型固定翼航模飛機(jī)或小型四軸飛行器，在低空小區(qū)域起飛、降落和飛行訓(xùn)練時(shí)，需要較高精度的定位數(shù)據(jù)。而GPS信號(hào)容易受到干擾，同時(shí)其定位精度在10m量級(jí)，誤差較大。不能滿(mǎn)足我們?cè)谟邢薜目臻g里進(jìn)行安全的飛行訓(xùn)練，故我們依托于ZigBee網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，利用CC2630芯片設(shè)計(jì)了機(jī)載飛行控制器。

1 飛行控制器整體設(shè)計(jì)

飛行控制器主要由主控芯片CC2630及其外圍電路、電源管理單元、九軸磁力傳感器BMX055、溫濕度氣壓傳感器BME280、GPS+北斗+GPRS模塊HLK-GS2503和存儲(chǔ)器組成，將采集到多種信息進(jìn)行解析和融合后給出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，提供給電調(diào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或舵機(jī)。其整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 飛行控制器整體架構(gòu)圖

其溫濕度氣壓傳感器和九軸磁力傳感器是由I2C串行總線進(jìn)行地址分配和數(shù)據(jù)讀取的，總線速率為400KHz。GPS模塊直接通過(guò)串口和主控芯片的UART單元連接，完成命令寫(xiě)入和定位信息讀取。

2 控制器硬件單元設(shè)計(jì)

主控單元由TI公司生產(chǎn)的CC2630及其外圍電路構(gòu)成。它含有一個(gè)32位ARM? Cortex?-M3內(nèi)核、48MHz的時(shí)鐘速度、128KB系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、28KB系統(tǒng)SRAM、四個(gè)通用定時(shí)器、8路200MSPS速率的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、UART接口、I2C接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外設(shè)功能。

圖2 溫濕度氣壓傳感器BME280電路原理圖

溫濕度氣壓傳感器BME280電路原理如圖2所示，它和CC2630的硬件I2C接口相連，其SDA引腳為數(shù)據(jù)端，SCL引腳為時(shí)鐘端。VDDIO引腳為數(shù)字電源，連接C9為0.1uF退耦電容，保證芯片不受電源電壓波動(dòng)的影響。VDD引腳為模擬電源，除了鏈接C7為0.1uF電容外還接入了0歐姆電阻R2，將其視為電感的作用，抑制該引腳的電流波動(dòng)。

九軸磁力傳感器BMX055電路原理如圖3所示。它也和CC2630的硬件I2C接口相連，其11腳SDx為數(shù)據(jù)端，第9腳SCx為時(shí)鐘端。第13腳VDDIO為數(shù)字電源，連接C10為0.1uF退耦電容，保證芯片不受電源電壓波動(dòng)的影響。第3腳VDD為模擬電源，除了鏈接C4為0.1uF電容外還接入了0歐姆電阻R1，將其視為電感的作用，抑制該引腳的電流波動(dòng)。

圖3 九軸磁力傳感器BMX055電路原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

基于CC2630輔助定位的飛行控制器，在ZigBee定位網(wǎng)絡(luò)里屬于協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，需要地面區(qū)域內(nèi)多個(gè)路由節(jié)點(diǎn)與其通信的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)計(jì)算出相對(duì)位置，其運(yùn)行工作流程如圖4所示。

4 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)論

飛行控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)陀螺儀、加速度、地磁信號(hào)的采集，能根據(jù)這些數(shù)據(jù)提供可用的PWM信號(hào)。

在ZigBee網(wǎng)絡(luò)位置確定過(guò)程中，是單獨(dú)做的測(cè)試。將6支路由節(jié)點(diǎn)以20m的距離分布在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)。人為移動(dòng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，觀察顯示器上輸出的計(jì)算位置增量信息和實(shí)際的物理位置變化信息進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

圖4 飛行控制器軟件流程圖

表1 位置變化數(shù)據(jù)表

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，該設(shè)備的定位誤差平均值在2米左右，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1] TI．CC2630 User’s Guide[R/OL]．[2016-07]．http:// www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2630.pdf．

Design of flight controller based on CC2630 aided positioning

Jia Xiaoqiang,Liang Bin,Li Qihao,Yu Qiufang
(School of electronic and communication engineering, Tianjin Normal University, Tianjin,300387)

In order to carry out the flight training of small model aircraft in low altitude area, it is necessary to use high precision position information as an aid A flight controller based on CC2630 aided positioning is designed. The controller can collect three axis gyro, the acceleration of the three axis, the geomagnetic information, the altitude, the GPS position information and so on. The RSSI algorithm is used to calculate the position

gyroscope; acceleration; geomagnetic information; CC2630

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510065036 )。