[发明专利]基于FPGA的无人机飞行控制电路

说明书

本发明提供了一种基于FPGA的无人机飞行控制电路，包括：控制器模块、九轴测量模块、姿态解算模块、PID控制模块和遥控舵机模块，其中，九轴测量模块、姿态解算模块、PID控制模块以及遥控舵机模块依次电连接；九轴测量模块用于根据加速度计、陀螺仪和所述磁力计传送的测量数据生成并输出九轴数据；姿态解算模块用于根据九轴数据生成并输出飞行姿态数据；PID控制模块用于根据九轴数据以及飞行姿态数据计算生成电机控制数据，遥控舵机模块用于根据遥控信号、电机控制数据生成用以控制电子调速器的控制信号。本发明的基于FPGA的无人机飞行控制电路，通过采用FPGA作为微控制器，实现对无人机的各个电机的并行控制，提高了电机控制的精确度和实时性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于FPGA的无人机飞行控制电路。

背景技术

一般多旋翼无人机的飞行控制电路包括控制芯片、惯性测量电路、电子罗盘、气压计、PWM输入信号模块、PWM输出信号模块、GPS模块以及串口RS232或I2C等接口。其中，控制芯片多采用MCU(Microcontroller Unit，微控制电路)或DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，即使有些使用了FPGA，FPGA也仅仅用以扩展IO接口。也就是说，目前的多旋翼无人机中飞行控制算法均是采用串行的方式，不能够精确并行的控制多旋翼无人机的电机，对电机控制的精度以及实时性较差。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种基于FPGA的无人机飞行控制电路，能够并行的控制无人机的各个电机，从而提高电机控制的精度以及实时性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于FPGA的无人机飞行控制电路，包括：控制器模块以及分别与所述控制器模块电连接的九轴测量模块、姿态解算模块、PID控制模块和遥控舵机模块，其中，所述九轴测量模块、所述姿态解算模块、所述PID控制模块以及所述遥控舵机模块依次电连接；

所述九轴测量模块连接至加速度计、陀螺仪和磁力计，用于根据所述加速度计、所述陀螺仪和所述磁力计传送的测量数据生成并输出九轴数据；

所述姿态解算模块用于根据所述九轴数据生成并输出飞行姿态数据；

所述PID控制模块连接所述九轴测量模块，所述PID控制模块包括至少三个并行设置的姿态角控制电路，用于根据所述九轴测量模块传送的九轴数据以及所述飞行姿态数据计算生成电机控制数据；

所述遥控舵机模块连接遥控器接收机以及与所述无人机的各个电机连接的电子调速器，所述遥控舵机模块用于根据所述遥控器发送的遥控信号、所述PID控制模块输出的电机控制数据生成用以控制所述电子调速器的控制信号，并将所述控制信号反馈至所述PID控制模块，以并行的控制所述无人机的各个电机运行。

在本发明的一个实施例中，所述九轴测量模块包括中断控制电路以及依次电连接的数据缓冲电路、数据处理电路、数据选通电路、数据还原电路和同步输出电路；

其中，所述数据缓冲电路、所述数据处理电路和所述同步输出模块连接所述控制器模块；所述中断控制电路连接至所述数据选通电路和所述数据还原电路，用于控制所述数据选通电路的导通或关闭；

所述数据缓冲电路连接所述加速度计、所述陀螺仪和所述磁力计，用以获取所述加速度计、所述陀螺仪和所述磁力计的测量数据，所述数据处理电路用于对所述测量数据进行滤波处理，所述数据还原电路用于对所述测量数据进行数制转换以及归一化处理，所述同步输出模块连接所述姿态解算模块，所述同步输出电路用于同步生成所述九轴数据，并将所述九轴数据传送至所述姿态解算模块。

在本发明的一个实施例中，所述数据处理电路包括加速度计数据处理单元、陀螺仪数据处理单元和磁力计数据处理单元；