无人飞行器的数据记录仪

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无人飞行器的数据记录仪
申请号	CN201210187856.5	申请日	2012-06-08	公开(公告)号	CN102737416A	公开(公告)日	2012-10-17
申请人	清华大学;			发明人	陈海昕; 续立军; 刘涛; 焦吉;
摘要	本发明涉及一种无人飞行器的数据记录仪，包括模拟信号接口，用于接收无人飞行器输出的模拟信号；数字信号接口，用于接收无人飞行器输出的数字信号；嵌入式处理器，与所述模拟信号接口与数字信号接口连接，用于接收并处理所述模拟信号以及数字信号；至少一存储卡，用于存储所述嵌入式处理器处理后的信号；以及电源管理电路，用于提供该数据记录仪所需的工作电压。
权利要求	1.一种无人飞行器的数据记录仪，包括：模拟信号接口，用于接收无人飞行器输出的模拟信号；数字信号接口，用于接收无人飞行器输出的数字信号；嵌入式处理器，与所述模拟信号接口与数字信号接口连接，用于接收和处理所述模拟信号以及数字信号并输出数据；至少一存储卡，用于存储所述嵌入式处理器输出的数据；以及电源管理电路，用于提供该无人飞行器的数据记录仪所需的工作电压。 2.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述存储卡包括SD卡，miniSD卡，microSD卡或MMC卡。 3.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述存储卡为多个，以使于所述无人飞行器预先设置的指令参数数据与通过数据记录仪检测到的数据分开存储。 4.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，进一步包括数据测量模块，所述数据测量模块包括：气压空速计，与所述模拟信号接口连接，用于测量所述无人飞行器飞行时的空速；气压高度计，用于测量所述无人飞行器飞行时的气压高度；惯性测量模块，用于测量所述无人飞行器飞行时的姿态； GPS模块，用于测量所述无人飞行器的位置以及速度；以及数传电台模块，用于接收所述无人飞行器的数传控制指令；所述气压高度计、惯性测量模块、GPS模块以及数传电台模块均与所述数字信号接口连接。 5.如权利要求4所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述惯性测量模块检测到的数据通过一特定的所述存储卡存储。 6.如权利要求4所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述UART接口包括UART1接口以及UART2接口，所述UART1接口用于传输接收的所述无人飞行器的位置以及速度，所述UART2接口用于接收所述无人飞行器的数传控制指令、实时回传测量到的数据以及对所述存储卡中的数据进行读取。 7.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述数字信号接口包括以下接口：SPI数据总线接口，用于接收测量到的所述无人飞行器的姿态；多路PWM波接口，用于接收测量到的所述无人飞行器的舵机控制信号；以及UART接口，用于实现所述无人飞行器与所述无人飞行器的数据记录仪之间的数据通信。 8.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述无人飞行器的数据记录仪进一步包括一USB接口，用于将所述存储卡上的数据传输到外部设备。 9.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述嵌入式处理器集成有嵌入式实时操作系统，用于实现实时多任务处理。 10.如权利要求1所述的无人飞行器的数据记录仪，其特征在于，所述嵌入式处理器集成有用于数据存储的嵌入式文件系统，该嵌入式文件系统为FATFS或FAT。
说明书全文	无人飞行器的数据记录仪技术领域 [0001] 本发明涉及一种数据记录仪，尤其涉及一种应用于无人飞行器的数据记录仪。背景技术 [0002] 应用于无人飞行器的数据记录仪是一种记录无人飞行器的各种数据的装置。通常无人飞行器数据记录仪通过数据总线、模拟线路与飞行器的各种测量装置连接从而获得测量数据。飞行器数据记录仪作为记录无人飞行器日常运行状态数据装置如公知的“黑匣子”，也可以作为无人飞行器试飞实验的数据记录装置。 [0003] 目前无人飞行器在国防、民政等领域日益发挥着越来越重要的作用。在无人飞行器正式投入使用前，必须进行必要的飞行试验，进而分析无人飞行器的飞行性性能、控制效果等。在飞行试验过程中，每次飞行必须记录大量的实验数据，并且一项实验需要连续多次的飞行实验，这样就需要一种大容量的无人飞行器的数据记录仪。 [0004] 2004年3月15日申请的申请号为200410003449.X的中国专利申请中提供了一种应用于无人飞行器的数据记录仪，该数据记录仪采用FLASH存储器来存储数据，该种存储器容量较小，且由于直接焊接在电路板上，更新与升级比较困难；同时该数据存储格式为二进制，使用者不能直接读取，必须通过相应的程序转换数据格式为使用者可以直接读取的格式，使用过程较为复杂。发明内容 [0005] 有鉴于此，确有必要提供一种数据存储容量不受限制且便于使用的无人飞行器数据记录仪。 [0006] 一种无人飞行器的数据记录仪，包括模拟信号接口，用于接收无人飞行器输出的模拟信号；数字信号接口，用于接收无人飞行器输出的数字信号；嵌入式处理器，与所述模拟信号接口与数字信号接口连接，用于接收并处理所述模拟信号以及数字信号；存储卡，用于存储所述嵌入式处理器处理后的信号；以及电源管理电路，用于提供该数据记录仪所需的工作电压。 [0007] 相较于现有技术，本发明实施例采用存储卡作为数据存储的媒介，从而使数据存储的容量可根据需要随时更换。此外，存储卡具有良好的兼容性，便于该数据记录仪与外部设备如计算机之间的数据交换和直接读取，无需额外的数据转换程序，使用过程简单。附图说明 [0008] 图1为本发明实施例提供的无人飞行器的数据记录仪的结构组成框图。 [0009] 图2为本发明实施例提供的无人飞行器的数据记录仪的数据存储流程框图。 [0010] 主要元件符号说明数据记录仪 10 模拟信号接口 12 数字信号接口 13 嵌入式处理器 14 存储卡 15 电源管理电路 16 A/D转换器 17 USB接口 18 I2C接口 19 SPI数据总线接口 132 多路PWM波接口 134 UART接口 136 数据测量模块 20 气压空速计 21 气压高度计 22 IMU模块 23 GPS模块 24 数传电台模块 25 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式 [0011] 以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的无人飞行器的数据记录仪。 [0012] 请参阅图1，本发明实施例提供一种无人飞行器的数据记录仪10，至少包括：模拟信号接口12，用于接收无人飞行器输出的模拟信号；数字信号接口13，用于接收无人飞行器输出的数字信号；嵌入式处理器14，与所述模拟信号接口12与数字信号接口13连接，用于接收和处理所述模拟信号以及数字信号并输出数据；至少一存储卡15，用于存储所述嵌入式处理器14输出的数据；以及电源管理电路16，用于提供该数据记录仪所需的工作电压。 [0013] 所述数据记录仪10进一步包括一A/D转换器17，用于将所述模拟信号接口12接收的模拟信号转化为数字信号传输到所述嵌入式处理器14中。该A/D转换器17可集成在所述嵌入式处理器14上。 [0014] 所述数据记录仪10可进一步包括多个数据测量模块20，分别与对应的接口连接，并通过所述接口将测量到的数据传输到所述嵌入式处理器中处理。 [0015] 所述测量模块20可包括气压空速计21、气压高度计22、惯性测量单元（Inertial measurement unit，IMU）模块23、GPS模块24以及数传电台模块25。 [0016] 所述气压空速计21通过所述模拟信号接口12与所述嵌入式处理器14连接，用于测量所述无人飞行器飞行时的空速。所述气压高度计22可用于测量所述无人飞行器飞行时的气压高度。所述IMU模块23可用于测量无人飞行器的飞行时的三轴滚转角速度、三轴加速度以及三轴磁场。所述GPS模块24可用于测量所述无人飞行器的位置以及速度信息。所述数传电台模块25用于接收无人飞行器的数传控制指令。 [0017] 此外，所述数据测量模块20也可包括其他模块以实现无人飞行器的不同功能要求。如可包括多种传感器以及远程控制模块，所述传感器包括电流传感器或加速度计。 [0018] 所述模拟信号接口12可以为一多路模拟接口，该多路模拟接口可同时接收所述无人飞行器输出的多个模拟信号，并传输到所述嵌入式处理器进行数据处理。具体地，该多路模拟接口可与所述无人飞行器的供电设备以及所述数据测量模块20中的所述传感器等相连接。本发明实施例中所述模拟信号接口12与所述无人飞行器的供电设备以及气压空速计21相连接，用于将测量到的所述电源设备的电压值以及气压空速计21的输出电压（用于测量所述无人飞行器的空速）传输到所A/D转换器17进行数据处理。所述多路模拟接口的每一路接口可进一步包括一阻容去噪声滤波电路，用于对接收到的数据进行去噪以获得较准确的模拟信号。 [0019] 所述数字信号接口13可包括一SPI（Serial Peripheral Interface）数字总线接口132、多路PWM（Pulse Width Modulation）波接口134以及UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）接口136。所述数字信号接口13可集成在所述嵌入式处理器14上。 [0020] 所述SPI数字总线接口132可与所述数据测量模块20中的气压高度计22以及IMU模块23连接，用于传输测量到的无人飞行器在高空飞行时的气压高度以及无人飞行器的姿态。所述姿态为如前所述的无人飞行器的飞行时的三轴滚转角速度、三轴加速度以及三轴磁场等信息。 [0021] 所述多路PWM波接口134与所述数据测量模块20的远程控制模块连接，用于传输接收到的所述无人飞行器的舵机控制信号。 [0022] 所述UART接口136用于所述无人飞行器与所述数据记录仪之间的数据通信。该UART接口136可包括多个以实现不同的数据通信。本发明实施例中所述UART接口136包括两个接口，即UART1接口以及UART2接口。所述UART1接口与所述GPS模块24连接，用于传输接收到的无人飞行器的位置（三维坐标信息）以及速度。所述UART2接口与数传电台模块25连接。该UART2接口通过所述数传电台模块25可实现如下功能：1、无线传输接收到的无人飞行器的数传控制指令；2、可将测量到的数据实时的回传到地面接收站；3、可以通过数传电台模块25对所述存储卡15中的数据读取以及下载。 [0023] 所述数据记录仪10可进一步包括一USB接口18，与所述嵌入式处理器14连接。该USB接口18可将所述无人飞行器中的数据传输到所述嵌入式处理器14处理，且可以将所述存储卡15中存储的数据传输到外部设备。 [0024] 此外，所述数据记录仪10还可进一步包括一I2C接口19，用于实现扩展功能，连接2 所述无人飞行器上的其它IC接口设备。 [0025] 所述嵌入式处理器14内可集成有嵌入式实时操作系统，用于处理接收到的数据。该嵌入式实时操作系统可以为μC/OS II、eCos或RL-RTX等。该嵌入式实时操作系统可以提供多种进程通信方法，从而可实现实时多任务处理。所述进程通信方法包括信号量，互斥信号量，信箱或事件标志等。该嵌入式实时操作系统可保证数据能快速且实时的采集与保存。 [0026] 该嵌入式处理器14内可进一步集成有针对数据存储的嵌入式文件系统，用于执行对所述存储卡15的操作，如加载存储卡、卸载存储卡、建立文件、读写文件、关闭文件以及删除文件等。所述嵌入式文件系统可包括FATFS或FAT。该嵌入式文件系统可使所述存储卡15上的文件以多种格式存储，如采用二进制语言的二进制文件或采用自然语言的文本文件。本发明实施例中采用文本文件进行数据存储，易于直接读取和使用。 [0027] 所述至少一存储卡15与所述嵌入式处理器14相连接，用于存储所述无人飞行器采集到的数据。具体地，所述存储卡15可设置在一存储卡连接器中，所述存储卡连接器通过安全数字输入输出（Secure Digital Input and Output，SDIO）总线与所述嵌入式处理器14连接。利用该SDIO总线可保证该存储卡15与所述嵌入式处理器14之间具有较高的数据读取速度。所述存储卡连接器可为可以插卡的卡座。该存储卡15可任意更换，且容量无需限制，从而可大大提高所述数据记录仪10的数据存储容量。另外，所述存储卡15具有良好的兼容性，便于该数据记录仪10与所述外部设备之间的数据交换。 [0028] 此外，所述存储卡15也可以为多个，用于分别实现不同的功能。如本发明某一实施例中包括两个存储卡15，一存储卡15用于存储所述无人飞行器预先设置的指令参数等数据，另一存储卡15用于存储所述数据测量模块20检测到的数据，以提高所述存储卡15的数据读取速度。此外，也可为特定的测量模块设定专门的数据存储卡15。由于所述IMU模块23用于测量无人飞行器的姿态，因此会有大量的数据需要存储读取，因此，本发明另一实施例中，设置一存储卡15专门负责存储IMU模块23测量到的数据。所述存储卡15可为SD卡、miniSD卡、microSD卡或MMC卡。 [0029] 所述电源管理电路16可为所述嵌入式处理器14以及存储卡15提供所需的工作电压。此外，该电源管理电路16还可为所述A/D转换器17提供基准电源电压。 [0030] 所述模拟信号接口12、数字信号接口13、嵌入式处理器14、存储卡15、电源管理电路16，A/D转换器17以及USB接口18可集成设置在一块电路板上，从而可以有效地减小整个数据记录仪的体积和重量。 [0031] 请参阅图2，该无人飞行器的数据记录仪10的工作过程如下：将该数据记录仪10通电后，所述嵌入式处理器14进行初始化操作，配置所述嵌入式处理器14的各个外设功能，并等待所述UART2接口收到的从所述数传电台模块25传输的数传控制指令。当所述嵌入式处理器14接收到所述数传控制指令，并需要进行数据记录时，所述嵌入式处理器14执行加载所述存储卡15的操作，并在所述存储卡15内为不同写入频率的数据建立各自的文本文件。此外，当该嵌入式处理器14接收到某一所述信号接口（模拟信号接口12或数字信号接口13）的信号后，所述嵌入式处理器14判断所述存储卡15是否为空闲状态，如果所述存储卡15空闲，则将接收到的信号或进一步处理后的信号作为数据写入所述存储卡15内相应的文本文件中。该写入所述存储卡15的数据包括：从SPI数字总线接口132接收到的无人飞行器的姿态数据，从所述多路PWM波接口134接收到的多路舵机数据，从UART1接口2 接收到的GPS数据，从UART2接口接收到的数传处理数据，从I2C接口19接收从所需的IC接口设备检测到的数据，以及所述A/D转换器17模数转换后的数字信号数据等。当所述嵌入式处理器接收到停止记录指令后，所述嵌入式处理器14发送指令，关闭用于数据存储的所述文本文件，以及执行卸载所述存储卡15的操作。 [0032] 当该无人飞行器的数据记录仪10停止读写数据后，可将所述存储卡15从存储卡连接器上卸载，通过计算机的读卡器读取所述存储卡15内的数据文件。此外，为了减小因读取所述存储卡15内的实验数据导致的飞行实验被迫中断导致的等待时间，可以将一个无数据的存储卡15插入所述存储卡连接器上，从而实现快速更换，缩短所述无人飞行器的等待时间。此外，也可利用USB数据连接线将所述计算机的USB接口与所述数据记录仪10的USB接口18连接，直接读取所述存储卡15内的数据。 [0033] 本发明实施例采用存储卡作为数据存储的媒介，从而数据存储的容量可根据需要随时更换。此外，存储卡具有良好的兼容性，便于该数据记录仪与外部设备如计算机之间的数据交换和直接读取，无需额外的数据转换程序，使用过程简单。且由于为所述数据记录仪特定的测量模块配备所述存储卡，从而可大大提高数据地存储以及读取速度。 [0034] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。