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深圳pcb抄板警用旋翼机数据处理及传输系统设计

[日期:2012-04-26] [来源:http://www.sbing.net/] [作者pcb抄板] [点击:]

    旋翼机平台由最基本的机身、动力系统、尾面和起落架构成,其中动力系统由发动机或电源、旋翼系统和螺旋桨组成。旋翼机与直升机和固定翼飞机的最大区别就在于动力系统的不同。
    旋翼机的前行动力是由螺旋桨产生的推/拉或其它类似于这种推/拉力的供能方式提供,升力是由前方气流吹动旋翼自转提供。同时,由于旋翼采用自转的方式,不需要像直升机一样用尾桨抵消旋翼产生的扭力,结构比直升机简单很多,其气动效率也比直升机高,具有结构简单、经济性高;操作、维护方便;起降距离短,不需要专门机场;可靠性高等特点曾一度被称为“最安全的飞行器”。
    2 系统总体设计
    2.1 旋翼机平台控制子系统设计
    旋翼机平台控制子系统的设计是整个系统设计基础,优良的任务平台才能确保各种任务载荷正常工作。旋翼机平台控制部分按完成功能的不同可以划分为数传电台、获取平台状态信息传感器部分、平台控制计算机、执行器驱动系统以及电源模块。控制子系统的具体结构如图1所示。
    获取平台状态信息的传感器有角速度陀螺仪、气压高度计、加速度计、数字罗盘、GPS导航模块。其中,角速度陀螺仪、气压高度计和加速度计采集模拟信号,需经过模/数转换后传送至平台控制单片机,数字罗盘和GPS导航模块产生的数字信号直接传输至单片机。
    平台控制单片机是控制子系统的核心计算部件,它在每个控制周期内利用PID控制算法,实时处理采集的传感器数据,将得到的旋翼机平台姿态和位置信息,通过数传电台传输至地面指挥、遥控中心。同时,根据实际计算出的控制量,转化为相应PWM信号驱动舵机工作,保持平台稳定飞行。
    2.2 视频采集与处理电路设计
    视频采集与处理模块关键芯片的选取主要考虑3个因素:
    (1)旋翼机上CCD摄像机在高空对地面物体进行拍摄,要在远距离采集高质量视频信号,摄像机必须具备良好聚焦和变倍性能。
    (2)结合图像传输失真要求和无线传输带宽实际情况,要选择合适的视频编码压缩算法和压缩方式。
    (3)为方便搭建逻辑控制电路,选取系列化具有通用无缝接口的采集芯片和编码压缩芯片。
    为满足上述要求,选用sAA7111A为视频采集芯片,Hi3510为视频压缩和控制芯片。
    SAA7111A采用总线控制,其中SCL为串行时钟,SDA为串行数据信号。SAA7111A具有4路模拟输入端AI11、AI12、AI21和AI22,从某输入端输入的视频图像信号经模拟处理后,一路经过A/D转换输出数字亮度和色度信号,另一路通过缓冲器输出到AOUT端用于监视。在进行亮度信号和色度信号处理后,亮度信号的其中一路将送到色度信号处理器进行处理,产生的亮度信号(Y)和色差信号(UV)经格式化后从16位的视频输出端口(VPO)输出;另一路亮度信号则进入同步分离器,并且通过数字锁相环(PLL)产生相应的行同步信号(HS)和场同步信号(VS)。同时,PLL将驱动时钟发生器,以产生HS锁定的时钟信号LLC和LL2。其内部功能如图2所示。
    Hi3510采用高压缩比、低失真度的H.264编码方式和BP H 264算法,具有ARM926KJ-S、DSP双处理器内核以及硬件加速引擎的多核高集成度的SoC构架,视频处理功能强大。具有独立的16 kB指令Cache和16 kB数据Cache,内嵌16 kB指令紧耦合存储器和8 kB数据紧耦合存储器以及DSP增强结构,pcb抄板内嵌32×16 MAC和Java硬件加速器,内置MMU,支持多种开放式操作系统,最高工作主频可达240 MI·s-1,其功能结构如图3所示。
    在使用SAA7111A前必须先对Hi3510中DSP的I2C控制模块进行初始化,通过SAA7111A上的I2C总线接口引脚(SDA)和引脚(SCL)来设定SAA711 1A寄存器的工作参数。I2C模块初始化结构如下:
    SAA7111A可采用外部和内部两种时钟。采用外部时钟输入时,需要在XTAL和XTALI引脚间接入频率为24.576MHz的石英晶体振荡器。采用内部时钟时,则在XTALI引脚接入24.576MHz的时钟信号。
    设置SAA7111A芯片工作时钟为24.576MHz,数据输出格式为4:2:2,分辨率为720×576,帧频为25 f·s-1。视频采集芯片SAA7111A通电后,并不是立即采集模拟视频信号进行A/D转换,它必须由Hi3510通过I2C总线对其内部寄存器进行初始化设置后,才能正常工作。视频采集芯片SAA7111A与Hi3510的接口连接框图如图4所示。
    2.3 视频采集与处理模块设计
    为满足全方位多角度信息采集需要,系统通过安装直流型云台控制摄像机工作,该类云台大都采用直流步进电机,具有转速高和可变速的优点,适合需要快速捕捉目标的场合。视频采集与处理模块工作时,首先通过Hi3510芯片控制云台旋转到相应区域,再由高精度CCD模拟摄像机将采集的模拟信号传输至采集芯片SAA7111A,由SAA7111A生成数字视频,通过Hi3510视频压缩处理芯片转化成为H.264格式的压缩视频码流;其中一路视频流被传输至机载存储模块,另一路传输至以太网通信模块(RTL8201CP),通过WiMAX终端的无线射频模块发送出去。视频采集与处理子系统结构

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