本文關(guān)鍵詞：多旋翼飛控芯片中MAVLink協(xié)議電路的設(shè)計與測試，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低,民用無人機領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速。然而,國內(nèi)外多旋翼無人機基本上使用的是MCU控制器的飛控系統(tǒng),存在著數(shù)據(jù)采集和處理速度慢、精度低等缺點�；贔PGA設(shè)計飛控系統(tǒng),不僅可以降低成本、提高精度和運算速度,而且FPGA設(shè)計的高可靠性、較短的設(shè)計周期、自頂向下的設(shè)計流程等特點,可以大幅提高系統(tǒng)的綜合性能。為了使自主研發(fā)的飛控芯片能夠與支持MAVLink協(xié)議的地面站Mission Planner進(jìn)行通信,論文研究了MAVLink協(xié)議并對其進(jìn)行了分析進(jìn)而設(shè)計了MAVLink通信協(xié)議電路。論文完成了以下幾個方面的工作:為了使飛控芯片采集到的傳感器數(shù)據(jù),能夠通過數(shù)傳傳輸給支持MAVLink通信協(xié)議的地面站軟件Mission Planner。研究和分析了該協(xié)議,確定了10個用于傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗AVLink消息。在此基礎(chǔ)上新增了自定義的消息,此消息用于對無人機的實時控制,從而設(shè)計了MAVLink通信協(xié)議電路的總體結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)不同傳輸速度的無線數(shù)傳,設(shè)計了采用了相位累加原理能夠以任意波特率傳輸數(shù)據(jù)的UART接口。為了解決MAVLink數(shù)據(jù)發(fā)送與接口速度不匹配,而設(shè)計了采用了異步FIFO的接收數(shù)據(jù)緩存電路和發(fā)送數(shù)據(jù)緩存電路,以提高UART接口與MAVLink數(shù)據(jù)發(fā)送的效率。設(shè)計了msgid生成電路、數(shù)據(jù)接收及存儲電路、MAVLink數(shù)據(jù)緩存電路、MAVLink編碼電路以及控制數(shù)據(jù)接收電路。這些電路能夠?qū)崿F(xiàn)獲取數(shù)據(jù)、提取有效數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)排序、對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和編碼以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。用Modelsim對MAVLink通信協(xié)議電路及其子電路進(jìn)行了功能仿真,隨后在FPGA開發(fā)板對所設(shè)計的MAVLink通信協(xié)議電路進(jìn)行了驗證測試。通過分析仿真波形和串口調(diào)試軟件以及地面站軟件Mission Planner接收的數(shù)據(jù),驗證了本文設(shè)計的MAVLink通信協(xié)議電路能夠按MAVLink協(xié)議編碼發(fā)送傳感器數(shù)據(jù),并且能夠接收和解碼按MAVLink協(xié)議編碼的控制數(shù)據(jù)消息。
【關(guān)鍵詞】：飛控芯片 MAVLink協(xié)議 UART 編碼 解碼
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 選題背景及研究的目的與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-12
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容12-13
• 第2章 無人機系統(tǒng)和MAVLink通信協(xié)議13-20
• 2.1 無人機系統(tǒng)13-15
• 2.1.1 無線數(shù)傳13-14
• 2.1.2 Mission Planner14-15
• 2.2 MAVLink通信協(xié)議15-19
• 2.2.1 MAVLink通信協(xié)議簡介15
• 2.2.2 MAVLink體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)15-17
• 2.2.3 MAVLink消息17-18
• 2.2.4 MAVLink協(xié)議通訊流程18-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 MAVLink通信協(xié)議電路設(shè)計20-53
• 3.1 MAVLink通信協(xié)議電路總體結(jié)構(gòu)20-21
• 3.2 波特率產(chǎn)生電路設(shè)計21-23
• 3.2.1 產(chǎn)生任意波特率的算法21-23
• 3.2.2 波特率產(chǎn)生電路23
• 3.3 接收與發(fā)送電路設(shè)計23-27
• 3.3.1 異步串行通信的數(shù)據(jù)幀格式23-24
• 3.3.2 接收電路24-26
• 3.3.3 發(fā)送電路26-27
• 3.4 收發(fā)數(shù)據(jù)緩存電路設(shè)計27-30
• 3.4.1 數(shù)據(jù)發(fā)送緩存電路28-29
• 3.4.2 數(shù)據(jù)接收緩存電路29-30
• 3.5 msgid生成電路設(shè)計30-31
• 3.6 數(shù)據(jù)接收及存儲電路設(shè)計31-34
• 3.7 MAVLink數(shù)據(jù)緩存電路設(shè)計34-40
• 3.7.1 32位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)電路35-38
• 3.7.2 負(fù)載長度存儲電路38
• 3.7.3 額外校驗數(shù)據(jù)存儲電路38
• 3.7.4 MAVLink數(shù)據(jù)排列電路38-40
• 3.8 MAVLink編碼電路設(shè)計40-48
• 3.8.1 MAVLink校驗算法電路40-41
• 3.8.2 消息序列產(chǎn)生電路41-42
• 3.8.3 普通消息MAVLink編碼電路42-44
• 3.8.4 心跳包消息MAVLink編碼電路44-46
• 3.8.5 中斷產(chǎn)生電路與數(shù)據(jù)選擇電路46-48
• 3.9 控制數(shù)據(jù)接收電路設(shè)計48-52
• 3.9.1 新增MAVLink消息48-49
• 3.9.2 控制數(shù)據(jù)接收電路49-52
• 3.10 本章小結(jié)52-53
• 第4章 MAVLink通信協(xié)議電路仿真與驗證53-62
• 4.1 MAVLink通信協(xié)議電路的功能仿真53-57
• 4.1.1 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)緩存電路的功能仿真53
• 4.1.2 msgid生成電路的功能仿真53-54
• 4.1.3 數(shù)據(jù)接收及存儲電路的功能仿真54-55
• 4.1.4 MAVLink數(shù)據(jù)緩存電路的功能仿真55
• 4.1.5 MAVLink編碼電路的功能仿真55-56
• 4.1.6 控制數(shù)據(jù)存儲電路的功能仿真56-57
• 4.1.7 MAVLink通信協(xié)議電路的功能仿真57
• 4.2 基于FPGA的MAVLink通信協(xié)議電路測試57-61
• 4.2.1 FPGA硬件平臺介紹57-58
• 4.2.2 MAVLink通信協(xié)議消息發(fā)送電路的驗證58-60
• 4.2.3 MAVLink通信協(xié)議消息接收電路的驗證60-61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-68
• 致謝68

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本文編號：498694