一種用于亞音速飛行器的大氣數(shù)據(jù)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于航空技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是一種應(yīng)用于平流層亞音速無(wú)人機(jī)的 大氣數(shù)據(jù)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 大氣數(shù)字計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱大氣機(jī)，是無(wú)人機(jī)所必需的一種航空電子設(shè)備，它為飛行控 制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等提供所需的大氣數(shù)據(jù)信息，其性能的好壞不僅直接關(guān)系到對(duì)大氣數(shù)據(jù) 的準(zhǔn)確檢測(cè)和指示，而且還影響飛行任務(wù)的完成及飛行的安全，所以提高大氣機(jī)的精度和 可靠性可以提高飛行器整體性能。
[0003] 完整的大氣數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)一般包括：輸入靜壓、總壓（動(dòng)壓）、氣壓修正信號(hào)和靜 壓源誤差修正信號(hào)；輸出氣壓高度、氣壓修正高度、氣壓高度變化率、高度偏差信號(hào)、指示空 速、真空速等。由于自身?xiàng)l件的限制，無(wú)人機(jī)的飛行速度較低（Ma小于1)，一般在平流層中 飛行（即Hp< 11000米），所以在無(wú)人機(jī)只考慮了指示空速和氣壓高度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種用于亞音速飛行器的大氣數(shù)據(jù)機(jī)，能夠適用于 亞音速飛行器進(jìn)行大氣壓力的采集以及高度和指示空速的計(jì)算和輸出。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型由第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、垂向加速度 計(jì)、前向加速度計(jì)、微處理器、存儲(chǔ)器、工作指示燈以及電源管理器組成；微處理器包括4個(gè) SPI口、2個(gè)兩線式串行總線I2C接口、2個(gè)串口以及多個(gè)輸入輸出I/O接口；
[0006] 微處理器為STM32F103C8T6芯片；
[0007] 第一壓力傳感器為IPT0020A33R，用于測(cè)量飛機(jī)飛行面上的大氣靜壓PH;第二壓力 傳感器為IPT0020A33R，測(cè)量飛機(jī)飛行時(shí)速度所產(chǎn)生的動(dòng)壓PD;
[0008] 存儲(chǔ)器為M24128,用于存儲(chǔ)工作參數(shù)，包括濾波處理深度、輸出參數(shù)、參數(shù)通訊波 特率以及數(shù)據(jù)刷新率；濾波處理深度為每輸出一次需要采樣的數(shù)量、輸出參數(shù)包括氣壓高 度和指示空速，參數(shù)通訊波特率為輸出口的通訊波特率，數(shù)據(jù)刷新率為每秒鐘輸出參數(shù)的 次數(shù)。
[0009] 電源管理器為MC78M05 和MIC5207，MC78M05 實(shí)現(xiàn)對(duì)STM32F103C8T6 芯片的 28V轉(zhuǎn) 5V供電，MIC5207實(shí)現(xiàn)對(duì)STM32F103C8T6芯片的5V轉(zhuǎn)3. 3V供電。
[0010] 工作指示燈為發(fā)光二極管LED。
[0011] 其中微處理器通過(guò)4個(gè)SPI接口分別與IPT0020A33R、IPT0020A33R、垂向加速度 計(jì)和前向加速度計(jì)的進(jìn)行通信；微處理器通過(guò)I2C接口與M24128通訊，通過(guò)I/O口控制LED 閃爍，通過(guò)2個(gè)串口為參數(shù)設(shè)置口和結(jié)果輸出口。
[0012] 微處理器每6ms從IPT0020A33R和IPT0020A33R中獲取一次PH和PD，每100ms讀 取一次IPT0020A33R和IPT0020A33R中的溫度值，對(duì)測(cè)得的PjPPD進(jìn)行平滑濾波處理，采 集溫度值對(duì)濾波后的壓力進(jìn)行修正，采集垂向加速度計(jì)和前向加速度計(jì)中的垂向加速度以 及前向加速度分別用于計(jì)算高度變化量和速度變化量；用高度變化量和速度變化量對(duì)匕和PD進(jìn)行限幅濾波處理；然后利用濾波處理后的P"和pD，通過(guò)如下公式1計(jì)算氣壓高度，通過(guò) 如下公式2計(jì)算指示空速：
[0013]
[0014] 式中T0、t、R、P0為氣體常數(shù)。
[0015]
2
[0016] 式中A。、P。為氣體常數(shù)。
[0017] 計(jì)算獲得的氣壓高度Hp以及指示空速V。通過(guò)結(jié)果輸出口進(jìn)行輸出。
[0018] 進(jìn)一步地，采集溫度值對(duì)濾波后的壓力進(jìn)行修正為：通過(guò)SPI讀取的壓力值為：PH 的采樣值有6個(gè)分別為：匕1々2、63、匕 4、65以及？％;?：)的采樣值有6個(gè)分別為：？ ：)1、？：)2、？：)3、 PD4、PD5以及PD6;溫度T的采樣值也有6個(gè)，分別為T^T2、T3、T4以及T5;那么經(jīng)過(guò)溫度修正 后的壓力為PH'和PD' ：
[0019] PH? =A+ (X:XPH1) + (X2XPH2) + (X3XPH3) + (X4XPH4) + (X5XPH5) + (X6XPH6)；
[0020] PD ' =A+ 成XPD1) + (X2XPD2) + (X3XPD3) + (X4XPD4) + (X5XPD5) + (X6XPD6);
[0021] 式中：
[0022] A= -10. 251645 ；
[0023] X!=-1796. 9403+(14889. 769XTi) +(-46230. 684XT2) +(20100. 578XT3) +(-51952 .816XT4) +(15124. 948XT5)；
[0024] X2=-4162. 3979+(18248. 301XT》+(-28188. 965XT2) +(20100. 578XT3) +(-10252 .898XT4) +(4531. 3633XT5)；
[0025] X3= 6. 8445935+(20223. 174XTD+(-83723. 297XT2) +(107100. 88XT3) +(-31521 .736XT4) +(-13495. 57XT5)；
[0026] X4=-2651. 1321+(-4042. 4363XTD+(20603. 07XT2) +(45148. 465XT3) +(-148898 .56XT4) +(92770. 586XT5)；
[0027] X5=-5778. 0547+(66986. 164XT》+(-216138. 38XT2) +(268675. 63XT3) +(-10858 8. 63XT4) + (-7349. 3057XT5)；
[0028] X6= 10801. 397+(-93110. 602XT!) +(295352. 34XT2) +(-438418. 22XT3) +(30642 4. 84XT4) + (-80684. 555XT5)。
[0029] 進(jìn)一步地，參數(shù)輸出口的參數(shù)通訊波特率為19200bps，參數(shù)設(shè)置口設(shè)置固定通訊 率為9600bps，數(shù)據(jù)刷新率為20Hz;電源管理器中的MC78M05和MIC5207,二者的采集頻率 均為 5. 26ms，
[0030] 有益效果：
[0031] 1、本發(fā)明所提供的大氣數(shù)據(jù)機(jī)，能夠適用于亞音速飛行器進(jìn)行大氣壓力的采集以 及高度和指示空速的計(jì)算和輸出。且本發(fā)明所使用的設(shè)備以全數(shù)字方式工作，全部大氣傳 感器數(shù)據(jù)的采集，調(diào)理和濾波計(jì)算全部使用設(shè)備內(nèi)部的計(jì)算機(jī)完成。該設(shè)備使用數(shù)字接口 連接外部設(shè)備，輸入輸出數(shù)字信息，可以避免模擬大氣機(jī)在信息傳遞過(guò)程中的信號(hào)損失。
[0032] 2、本方案采用基于C0TS的設(shè)計(jì)思路可大幅度降低成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1大氣機(jī)組成示意圖；
[0034] 圖2大氣機(jī)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0036] -種用于亞音速飛行器的大氣數(shù)據(jù)機(jī)，由第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、垂向 加速度計(jì)、前向加速度計(jì)、微處理器、存儲(chǔ)器以及電源管理器組成；微處理器包括4個(gè)SPI 口、2個(gè)兩線式串行總線I2C接口、2個(gè)串口以及多個(gè)輸入輸出I/O接口。具體連接關(guān)系如 圖1所示。
[0037] 微處理器為STM32F103C8T6芯片。
[0038] 第一壓力傳感器為IPT0020A33R，用于測(cè)量飛機(jī)飛行面上的大氣靜壓PH;第二壓力 傳感器為IPT0020A33R，測(cè)量飛機(jī)飛行時(shí)速度所產(chǎn)生的動(dòng)壓PD。
[0039] 存儲(chǔ)器為M24128,用于存儲(chǔ)工作參數(shù)，包括濾波處理深度、輸出參數(shù)、參數(shù)通訊波 特率以及數(shù)據(jù)刷新率；濾波處理深度為每輸出一次需要采樣的數(shù)量、輸出參數(shù)包括氣壓高 度和指示空速，參數(shù)通訊波特率為19200bps，輸出口，數(shù)據(jù)刷新率為20Hz，每秒鐘輸出參數(shù) 的次數(shù)。
[0040] 電源管理器為MC78M05和MIC5207,二者的采集頻率均為5. 26ms，MC78M05實(shí)現(xiàn)航 空用的28V轉(zhuǎn)5V，MIC5207實(shí)現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3. 3V供電，滿足STM32F103C8T6供電要求。
[0041] 其中微處理器通過(guò)4個(gè)SPI接口分別與IPT0020A33R、IPT0020A33R、垂向加速度計(jì) 和前向加速度計(jì)的進(jìn)行通信；微處理器通過(guò)I2C接口與M24128通訊，通過(guò)I/O口控制LED， 通過(guò)2個(gè)串口為參數(shù)設(shè)置口和結(jié)果輸出口。
[0042] 關(guān)于參數(shù)設(shè)置的說(shuō)明，由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，要求大氣機(jī)與無(wú)人機(jī)飛行控制 計(jì)算機(jī)的通訊速率和數(shù)據(jù)刷新率也不同，通過(guò)設(shè)置口可對(duì)輸出口的通訊速率和數(shù)據(jù)刷新率 進(jìn)行設(shè)置。而設(shè)置口采用固定通訊速率9600bps，按照規(guī)定協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。
[0043] 關(guān)于壓力和溫度采集頻率的說(shuō)明，IPT0020A33R和IPT0020G33R每5. 26ms完成一 次壓力數(shù)據(jù)采集輸出，由于溫度變化較壓力變化緩慢，溫度數(shù)據(jù)每100ms完成一次采集輸 出。
[0044] 微處理器的工作流程如圖2所示：每6ms從IPT0020A33R和IPT0020A33R