基于雙音多頻編譯碼器的遙控飛行器設計

基于雙音多頻編譯碼器的遙控飛行器設計

0紅外控控機系統(tǒng)如：紅鍵式控制技術(shù)是基于自動控制技術(shù)和通信技術(shù)的開發(fā)，在完成控制任務的設備上配置一個稱為控制系統(tǒng)。而目前的遙控系統(tǒng)普遍采用紅外遙控,通過紅外遙控發(fā)射/接收芯片來實現(xiàn)。然而其遙控范圍受地域,氣候等限制,為了解決這個問題,作者采用基于移動通信技術(shù)的電話通信遙控和雙音多頻信令的解碼器,取得了很大的突破。1系統(tǒng)設計理念1.1智慧航天器的控制該系統(tǒng)是一個綜合無線電系統(tǒng),根據(jù)綜合遙測信息,由手機發(fā)出遙控指令上傳至飛行器,對飛行器實施超視距比例遙控飛行和其它控制。用來穩(wěn)定飛行器飛行姿態(tài)和高度,包括飛行器的縱向、橫向姿態(tài)穩(wěn)定控制,航向穩(wěn)定控制,高度穩(wěn)定控制。并且還能通過遙測通道,將飛行器的方位、高度、速度、機載設備狀態(tài)數(shù)據(jù)及空中拍攝的圖像信號下傳,供監(jiān)控和顯示。1.2系統(tǒng)硬件設計1.2.1片內(nèi)jfig規(guī)范和明確了系統(tǒng)的ainb法C8051F226芯片是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片,具有8051兼容的CIP-51內(nèi)核(可達25MIPS),新增了FLASH存儲器,具有在系統(tǒng)重新編程能力,可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲,并允許現(xiàn)場更新8051固件。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的MCU進行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察、修改存儲器和寄存器,支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。在這個系統(tǒng)中,主控芯片單片機主要負責控制電機的運轉(zhuǎn),頻率信號的接收和處理,以及控制語音錄放,MT8870解碼等功能的實現(xiàn)。1.2.2雙音多頻信令解碼雙音多頻DTMF,由高頻群和低頻群組成,高低頻群各包含4個頻率。一個高頻信號和一個低頻信號疊加組成一個組合信號,代表一個數(shù)字。DTMF信令有16個編碼。因此,雙音多頻信令的解碼器較好地解決了快速識別及處理無線通信系統(tǒng)中信令碼的識別、控制,更解決了遙控系統(tǒng)中的指令代碼問題。此外雙音多頻集成電路還具有體積小、工作穩(wěn)定可靠、抗干擾能力強、功耗小和容量大等優(yōu)點,被廣泛應用于無線通信、遙控等領域。因此,本文使用雙音多頻解碼器MT8870來判斷按鍵信號,其主要功能是完成雙音多頻(DTMF)信號的接收和識別。MT8870解碼電路如圖1所示,其中圖1左上角的Port為MT8870信號的輸入端。1.2.3文獻本q為了在遙控飛行器的過程中,可以按照語音提示進行操作,并且在出現(xiàn)故障時可以報警,特增加了語音錄放系統(tǒng)。而信息儲存器件ISD1420ChipCorder是單片、高質(zhì)量、短周期的錄放音電路,采用CMOS工藝,內(nèi)部包含片上時鐘、麥克前置放大器、自動增益控制、帶通濾波器、平滑濾波器和功率放大器。由ISD1420組成的最小應用系統(tǒng)僅包含1個麥克、喇叭,幾個阻容元件,2個開關和電源。錄制的信息存放在內(nèi)部不揮發(fā)單元中,斷電后可以長久保存。語音和音頻信號不經(jīng)過轉(zhuǎn)換直接以原來狀態(tài)存儲到內(nèi)部存儲器,可以實現(xiàn)高質(zhì)量的語音復制。因此本設計中采用了ISD1420語音芯片,其電路如圖2所示。1.3信號閱讀器此遙控飛行器是一種能實現(xiàn)超視距動態(tài)實時監(jiān)測遙控和程序控制的無人飛行器系統(tǒng),采用電話無線通信系統(tǒng),首先遙控人員通過手機或電話撥打飛行器內(nèi)部的號碼,20s內(nèi)系統(tǒng)自動接通,聽到有語音提示“請輸入密碼”。然后通過電話鍵盤,先向系統(tǒng)輸入密碼口令,由于電話鍵盤上的任何一個鍵都由2個互不為諧波關系的頻率組成,MT8870信號接收器可把DTMF信號變?yōu)閱纹瑱C可以識別的二進制數(shù)字信號,來識別每一個按鍵。因此,當按手機按鍵遙控時,從電話線路上送來的雙音頻信號音經(jīng)導通由Port端輸入,再經(jīng)過MT8870內(nèi)部放大處理并且解調(diào)后,在STD端(如圖1)即產(chǎn)生一個控制輸出信號,該信號與單片機C8051F226的外部中斷輸入端相連。當該信號發(fā)生由1到0的跳變時,引發(fā)中斷,單片機響應中斷后,使MT8870的TOE端產(chǎn)生一個高電平脈沖信號,該信號使MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q0～Q3由原來的高阻狀態(tài)變?yōu)榕c當前輸入的雙音頻信號相對應的二進制編碼,然后從數(shù)據(jù)輸出端Q1～Q4輸出解碼后的狀態(tài)數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)輸出端與單片機的P1口低4位分別相連,可使單片機進行數(shù)據(jù)采集、判斷和處理。如果密碼正確,確認后開鎖,即可按照語音提示相應的操作執(zhí)行相應的動作;如果密碼錯誤,系統(tǒng)會提示您“密碼錯誤,請重新輸入”,一旦3次輸錯,系統(tǒng)自動切斷。在密碼正確的前提下,按照提示操作按動鍵盤,再通過上述的MT8870解碼處理后,即可由單片機來控制相應的系統(tǒng),完成相應的動作。1.4窩想的基本原理a.運用了世界數(shù)學經(jīng)典中的蜂窩猜想原理,使用最少材料而創(chuàng)造最大的利用空間,減輕了飛行器本身的重量。b.外形設計上具有圓的特性及方向性,內(nèi)部結(jié)構(gòu)以蜂窩猜想的原理為依托。c.根據(jù)流體力學及空氣動力學原理,此飛行器的外表呈圓弧形結(jié)構(gòu),其最外緣無厚度,從而使它在作水平方向運動時空氣阻力達到最低極限。d.根據(jù)物理學上的光和波的反射原理,飛行器的外表面為圓及圓弧狀,對光及波發(fā)生漫反射,只有垂直于光或波的一點才能使其沿原方向返回,從而增加了它在現(xiàn)代人類使用雷達波反射探測時的隱蔽性。e.相比其它類型的無人機系統(tǒng),此飛行器的有效載荷大,能夠垂直起降,空中懸停,無需專門的起降場地、跑道,起飛和回收容易。1.5軟件設計主程序的設計流程如圖3所示。2航天器的組成在本設計方案中,機械部分包括行器身、行器囊、輔助氣囊、吊艙、推進裝置、充氣閥門、排氣嘴、發(fā)動機、導管、電波接收機及天線,電能的電池匣及連接導線等,如圖4所示。a.氣囊。里面充滿了氦氣以提供升力,另外里面還有輔助氣囊?，F(xiàn)代飛行器上氣囊由滌綸、聚脂纖維和邁拉等人造材料織成,可有效地防止氦氣的泄漏,并具有很長的使用時間。b.輔助氣囊。飛行器內(nèi)部一個小的、輔助性的氣囊,可通過在飛行中的沖氣和放氣來控制和保持飛行器形狀和浮力。c.吊艙。位于飛行器下方的艙室,包括駕駛艙、發(fā)動機和人員艙(如果是有人駕駛飛行器的話)。d.推進裝置。為飛行器的起飛、降落和空中懸停提供動力。e.尾翼、方向舵和升降舵。為飛行器提供機動能力。3自動傳感