无人机遥感平台电路分析与设计
随着近几年科技的发展，无人机已经广泛的进入了我们的生活，随着不断的更新与换代，无人机渐渐地成为了人们必不可少的一种工具，帮助人们更有效的实施高空作业。本文主要研究无人机遥感平台电路的主要模块分析与后期发展分析，在传统的无人机模块中，用到的都是集成度比较大的电路和元器件，因此，在未来发展的过程中，必须走向高精度，小型化和多功能化。无人机中最重要的是步进电模块、相机模块、USB接口模块。本文主要研究了各模块电路以及未来改进分析，无人机遥感平台更多的问题在于如何远程精确遥控以及各模块之间的稳定性。本文介绍了各模块的电路分析与无人机各模块设计分析。
目录
引言 5
一、系统框图及系统流程图 6
（一）无人机系统结构 6
（二）无人机系统流程图 6
二、系统模块分析与设计 8
（一）主控芯片的选择 8
（二）相机驱动电路模块 8
（三）步进电机驱动电路 9
（四）USB接口扩展模块 11
（五）4路串口扩展电路模块 12
三、无人机设计改善分析 14
（一）执行器的改善与选择 14
（二）关于执行器程序的改善分析 15
（三）任务管理及执行系统分析 17
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
引言
近几年来，随着人们生活的提高，伴随着科技的进步，无人机已经代替卫星遥感系统帮助人们完成日常的地形探测，高空作业等，但在人们的日常生活中，无人机被用于航拍与高空摄影等方式，不仅仅解决了拍摄角度以及拍摄广度的问题，更有效的对人们的生活娱乐带来了方便。
随着信息技术与集成电路的发展，人们对无人机的需求急剧增长，使得无人机技术有了极大的进步，无人机相对卫星和载人飞机遥感平台，具有成本低、灵活性高、操作方便、携带便捷、实时操作等特点。然而无人机要感平台电路的模块很复杂，目前并没有确切的标准，所以对于无人机而言，无人机遥感平台电路系统是一个很好的解决方案。更有利于无人机集成度的发展，与无人机技术的稳步提升，更好地协助人们完成高空作业与生活需求。
主要研究内容如下： *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
遥感平台模块电路分析
相机模块电路分析
步进电机模块电路分析
USB接口模块电路分析
4路串口扩展模块电路分析
无人机模块设计改善及验证
一、系统框图及系统流程图
（一）无人机系统结构
无人机遥感系统功能包括：
（1） 接收遥控器命令，将命令发送到步进电机模块和相机模块
（2） 根据传感器数据生成步进电机驱动参数，完成规定步骤。
（3） 发送数据到控制器并将数据存储。
微处理器是系统的核心组成部分，微处理器作用是负责与各模块之间的数据交换。电源负责给子模块供电。相机模块主要负责图像数据的传输。4路串口扩展负责与扩展模块间的数据交流，步进电机模块控制着四个步进电机高速运转，如图11所示。
图11系统机构
（二）无人机系统流程图
首先无人机在启动的过程中需要检测自身模块与各器件的初始状态以及是否发生错误，其初始化状态完成后检查系统外围元器件的工作状态，将其状态信息发送至控制面板，同时系统不断接收当前位置信息，并根据控制器传输的数据进行飞行，若达到指定地点，则等待下一步拍摄操作指令，拍摄操作命令包括相等的时间间隔拍摄，等距连拍以及相机扭转方向的控制。控制器从相机模块中获取当前相机的参数，然后将当前照片信息数据打包发送到控制器显示屏，完成操作后，执行下一步命令。当无人机接收到达地面指令，无人机返回地面，作业结束，主程序结束。流程如图12所示。
图12 无人机系统流程图
二、系统模块分析与设计
（一）主控芯片的选择
无人机的主控芯片为AT89S52，此芯片是一种低功耗，高效率的8位CMOS微控制器，使用的是Atmel的ROM。允许在芯片上的Flash上编程，适用于大部分编程器。AT89S52具有以下标准功能： 8 KB闪存，256字节 RAM，32位 I/ O线，2个数据指针，3个16位定时器/计数器， 6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。AT89S52支持两种不同软件，也可以选择节电状态。。在空闲状态下，CPU不工作，但其他组件可以工作，如RAM，定时器计数器，中断等。 如果发生突然断电，内容将及时保存，微控制器将停止工作，直到中断或硬件复位继续。主控芯片如图21所示
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图21主控芯片
（二）相机驱动电路模块
1、无人机相机的选择
在无人机中经常被使用的就是相机，所以相机方面在无人机各模块中的优化升级显得尤其重要，传统的CCD光耦合器已经满足不了人们对高分辨率高解析力的各种需求，所以相机的选择在无人机上尤其重要。如果在无人机相机模块上使用更加先进的CMOS相机，来优化无人机在高速运行状态下的成像效果，会比传统的CCD相机带来更多的实际使用效果。因为相机驱动电路支持扩展各种的相机，随着相机模块的接口越来越统一化，未来更换相机模块会更加方便简单。下图22为CCD相机模块与CMOS相机模块。
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图22 CCD相机模块与CMOS相机模块
2、相机驱动电路
相机模块使用74 LS221芯片，输入端和输出端拥有电气隔离功能，抗信号干扰能力强，使用寿命持久，工作效率高。可调节控制端的输入电流，改变空间占有率，精确控制电压，完成稳定电路的功能.
单稳态触发器74LS221特点是既可以上升沿出发也可以下降沿触发，同时都可以禁止输出，其输出的脉宽不容易受外部电压的影响，抗干扰能力强。在图23中，A为单片机P3.5口，档期为下降沿触发时，单稳态触发器输出高电压，该高电压用于光耦合器P521的二极管端（13口），使三极管导通，触发相机快门，输出端串接10kΩ电阻，起到保护相机作用，防止电流过大损坏相机。
目录
引言 5
一、系统框图及系统流程图 6
（一）无人机系统结构 6
（二）无人机系统流程图 6
二、系统模块分析与设计 8
（一）主控芯片的选择 8
（二）相机驱动电路模块 8
（三）步进电机驱动电路 9
（四）USB接口扩展模块 11
（五）4路串口扩展电路模块 12
三、无人机设计改善分析 14
（一）执行器的改善与选择 14
（二）关于执行器程序的改善分析 15
（三）任务管理及执行系统分析 17
总结 20
致谢 21
参考文献 22
附录 23
引言
近几年来，随着人们生活的提高，伴随着科技的进步，无人机已经代替卫星遥感系统帮助人们完成日常的地形探测，高空作业等，但在人们的日常生活中，无人机被用于航拍与高空摄影等方式，不仅仅解决了拍摄角度以及拍摄广度的问题，更有效的对人们的生活娱乐带来了方便。
随着信息技术与集成电路的发展，人们对无人机的需求急剧增长，使得无人机技术有了极大的进步，无人机相对卫星和载人飞机遥感平台，具有成本低、灵活性高、操作方便、携带便捷、实时操作等特点。然而无人机要感平台电路的模块很复杂，目前并没有确切的标准，所以对于无人机而言，无人机遥感平台电路系统是一个很好的解决方案。更有利于无人机集成度的发展，与无人机技术的稳步提升，更好地协助人们完成高空作业与生活需求。
主要研究内容如下： *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
遥感平台模块电路分析
相机模块电路分析
步进电机模块电路分析
USB接口模块电路分析
4路串口扩展模块电路分析
无人机模块设计改善及验证
一、系统框图及系统流程图
（一）无人机系统结构
无人机遥感系统功能包括：
（1） 接收遥控器命令，将命令发送到步进电机模块和相机模块
（2） 根据传感器数据生成步进电机驱动参数，完成规定步骤。
（3） 发送数据到控制器并将数据存储。
微处理器是系统的核心组成部分，微处理器作用是负责与各模块之间的数据交换。电源负责给子模块供电。相机模块主要负责图像数据的传输。4路串口扩展负责与扩展模块间的数据交流，步进电机模块控制着四个步进电机高速运转，如图11所示。
图11系统机构
（二）无人机系统流程图
首先无人机在启动的过程中需要检测自身模块与各器件的初始状态以及是否发生错误，其初始化状态完成后检查系统外围元器件的工作状态，将其状态信息发送至控制面板，同时系统不断接收当前位置信息，并根据控制器传输的数据进行飞行，若达到指定地点，则等待下一步拍摄操作指令，拍摄操作命令包括相等的时间间隔拍摄，等距连拍以及相机扭转方向的控制。控制器从相机模块中获取当前相机的参数，然后将当前照片信息数据打包发送到控制器显示屏，完成操作后，执行下一步命令。当无人机接收到达地面指令，无人机返回地面，作业结束，主程序结束。流程如图12所示。
图12 无人机系统流程图
二、系统模块分析与设计
（一）主控芯片的选择
无人机的主控芯片为AT89S52，此芯片是一种低功耗，高效率的8位CMOS微控制器，使用的是Atmel的ROM。允许在芯片上的Flash上编程，适用于大部分编程器。AT89S52具有以下标准功能： 8 KB闪存，256字节 RAM，32位 I/ O线，2个数据指针，3个16位定时器/计数器， 6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。AT89S52支持两种不同软件，也可以选择节电状态。。在空闲状态下，CPU不工作，但其他组件可以工作，如RAM，定时器计数器，中断等。 如果发生突然断电，内容将及时保存，微控制器将停止工作，直到中断或硬件复位继续。主控芯片如图21所示
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图21主控芯片
（二）相机驱动电路模块
1、无人机相机的选择
在无人机中经常被使用的就是相机，所以相机方面在无人机各模块中的优化升级显得尤其重要，传统的CCD光耦合器已经满足不了人们对高分辨率高解析力的各种需求，所以相机的选择在无人机上尤其重要。如果在无人机相机模块上使用更加先进的CMOS相机，来优化无人机在高速运行状态下的成像效果，会比传统的CCD相机带来更多的实际使用效果。因为相机驱动电路支持扩展各种的相机，随着相机模块的接口越来越统一化，未来更换相机模块会更加方便简单。下图22为CCD相机模块与CMOS相机模块。
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图22 CCD相机模块与CMOS相机模块
2、相机驱动电路
相机模块使用74 LS221芯片，输入端和输出端拥有电气隔离功能，抗信号干扰能力强，使用寿命持久，工作效率高。可调节控制端的输入电流，改变空间占有率，精确控制电压，完成稳定电路的功能.
单稳态触发器74LS221特点是既可以上升沿出发也可以下降沿触发，同时都可以禁止输出，其输出的脉宽不容易受外部电压的影响，抗干扰能力强。在图23中，A为单片机P3.5口，档期为下降沿触发时，单稳态触发器输出高电压，该高电压用于光耦合器P521的二极管端（13口），使三极管导通，触发相机快门，输出端串接10kΩ电阻，起到保护相机作用，防止电流过大损坏相机。
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