基于单片机的无人机真空速测量系统设计

2012-05-29 19:09:39来源: 电子设计工程
    真空速是指飞机相对空气运动时所具有的真实速度,它是飞机安全飞行的重要参数。准确的真空速数据信息对于提高飞行的安全性、准确性和经济性起着相当大的作用。飞机相对于空气运动时,可根据运动的相对性将飞机看作不动,而空气是以大小相等,方向相反的流速流过飞机。真空速无法直接测出,只能根据大气静压和动压间接计算出来。本文介绍了一种基于C8051F352单片机的无人机真空速测量系统的设计,该系统测量结果的相对误差小于4%,能够满足无人机飞行控制系统的精度要求。

1 测量原理
    无人机的真空速通常跟大气静压和动压有关,对于飞行高度不超过11 000 m,飞行马赫数不大于1的情况,真空速可由公式(1)计算:
    
    式中,PH为对应高度的大气压力(大气静压),PD为大气动压,是大气总压与静压之差。式中各常数分别为:Pob=101 325 Pa,是标准海平面上的大气静压;Tob=288 K,是标准海平面处大气温度;τb=0.0065 K/m是温度递减率;R=29.2746 m/K,是大气常数;k=1.4是空气绝热指数;g=9.806 65是重力加速度。
    从式(1)可看出,只要测量出大气静压和动压,便可根据计算公式,计算出真空速。

2 系统整体结构
    根据数字式大气数据测量系统的组成和工作原理,笔者设计了以单片机为核心的真空速测量系统,其整体结构如图1所示。绝压传感器和动压传感器感受到静压和动压,并分别将其转换为相应的电压信号。由于传感器的输出信号较为微弱,因此,必须通过放大电路和调零电路以及滤波电路对其进行处理,产生符合要求的信号,然后传送到AD转换输入端。单片机自带的A/D转换器将静压和动压的模拟电压信号转换为数字信号,并送入单片机CPU进行处理,CPU根据真空速计算公式计算出相应真空速值。计算结果通过串口发送至机载飞控计算机,在显示界面显示出来。

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3 系统硬件电路设计
3.1 压力数据采集模块
    笔者设计的真空速测量系统要求工作在0~5 000 m高度范围内,根据压高公式(2),可计算出静压范围在54 005~101 325 Pa之间。差压传感器的量程取决于飞行器真空速的量程。文中所测量的真空速范围为50~400 km,则根据公式(1)可计算出动压范围在71~7 769 Pa之间。
    d.JPG
    根据静压和动压范围,本文的绝压传感器和差压传感器分别选用HONEYWELL公司的ASDX015A24R型传感器和140PC02D型传感器。ASDX015A 24R的量程为0~15 psi(103.419 kPa),精度在2%以内;140PC02D的量程为0~2 psi(13.7892 kPa),精度为0.25%。测压器件选用GCY-1M型高精度综合测试仪。可根据公式(3)计算出由传感器所引起的误差为3.23%。
    c.JPG
    本系统所选单片机C8051F352有2个16位AD转换(ADC0和ADC1),静压和动压传感器输出信号经放大调零后,可分别送入单片机AD转换输入端转换为数字信号。

[1] [2] [3]

关键字:真空速  动压  静压  线性插值

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0529/article_5172.html
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