无人直升机数据采集与处理系统的设计与实现

无人直升机数据采集与处理系统的设计与实现

张磊

南京模拟技术研究所 江苏省南京市 210000

摘要:当前，无人直升机作为直升机领域中发展的一个组成，其体积较小，不需要驾驶人员，可以通过无人直升机完成多项工作。随着科学技术不断发展，自动化控制技术不断改进，以自动化控制技术为基础，无人机技术得到快速发展，无人机的应用范围不断扩大。此外，因为无人机的自身特点，无人机的使用价值不断提高。数据采集系统对无人机的正常使用有着重要作用，通过采集无人直升机的相关信息，并及时反馈，数据采集系统发挥着监测作用。因此，对数据采集系统加强研究和探索是有重要意义的。本文主要针对当前数据采集系统的设计展开分析，以期为我国无人直升机的发展提供参考。

关键词:无人直升机；数据采集系统；电气系统

引言:数据采集系统能够接收指令，从而完成信号的采集和运输。当前计算机技术的发展，与数据采集系统能够较好结合，在航空领域发挥重要作用。通过计算机技术，能够提高无人直升机的灵活性，能够广泛应用。此外，无人直升机在发展过程中，需要处理多种信号，无人直升机中包括多个通信模块，要满足地面与无人直升机之间的数据传输，为了确保地面能够向无人直升机及时输送指令，从而控制无人直升机的飞行。需要不断提高数据采集的精确度，也需要具备实时性。所以，当前所采用的多种处理器，能够提高数据采集的精确度，实时性较高。

1国内外研究现状

当前，数据采集系统主要是输入设备所监测到的各种电气信号，结合其他技术，对电气信号进行识别并记录，从而形成完整的数据采集系统。数据采集系统需要对数据进行及时采集，及时记录，并具备对数据分析的能力。此外，数据采集系统也需要对设备的状态进行监测，能够实时分析设备的相关状态。当前数据采集系统被广泛应用在各种机器设备上，对相关设备进行定期监测，能够及时发现故障。数据采集系统和现代计算机结合，就成为现代的监测系统，计算机能够为数据采集系统诊断故障提供帮助，提高数据采集系统的准确性。

当前，数据采集系统的发展方向趋向于智能化，不断提高智能化的发展，在一些其他国家，数据采集系统的发展已经逐步成熟，数据采集系统的功能基本一样，在机器设备上发挥相同作用，不同型号的数据采集系统之间差距不大。在我国，对于数据采集系统的研究从1980年开始，到目前为止，我国已经成功研发出多种数据采集系统，数据采集系统的型号有多种，一些数据采集系统能够提高采集的速度。数据采集系统的种类不断增多，应用范围不断扩大，能够有效对设备运行进行监测，为设备的管理提供帮助。

当前随着数据采集系统的不断发展，由于其数据采集的精确度较高，性能较为稳定，在市场中得到了广泛的应用。在军事领域以及工业领域和航空电子设备中，数据采集系统发展迅速。当前不断更新数据采集系统的性能，新型的数据采集系统速度得到优化，各方面性能不断完善，而系统的结构较为简单，稳定性不断得到提高。关于数据采集系统的功能，其发展空间不断加强，经过不断对模块的调整，改变系统运行参数，能够对数据采集系统的功能进行调试。当前，数据采集系统的稳定性已经发展为专门的研究技术，需要进一步探究。除此之外，由于当前集成电路制造技术的不断发展，数据采集系统采用集成电路，提高设备的可靠性。

2数据采集系统的方案设计

通过分析无人直升机的飞行过程，无人直升机从起飞开始，在起飞时具备一定难度，一般的无人直升机体积较小，在运行过程中需要手动操作从地面起飞，起飞完成后转换为自动飞行。若无人直升机无法实现正常飞行，需要人为操作。这样会消耗一定的人力，同时人类操作无法确保无人直升机的安全性。在无人直升机起飞过程中，包括一个重要的环节是悬停过程，无人直升机悬停过程中，能够检测直升机的飞控系统。当无人直升机悬停时，需要不断优化直升机的抗干扰性，提高直升机的稳定性，从而确保控制系统的灵敏度。因此，对于相关设计参数提出较高要求。

无人直升机技术是当前直升机发展的一个重要部分，无人直升机的体积较小，不需要驾驶人员，在应用过程中，通过无人直升机能够完成多项复杂任务，因此无人直升机的使用价值较高。在无人直升机技术发展过程中，无人直升机需要具备数据的采集以及监测和通信功能。通过数据采集处理系统，能够在不需要工作人员的情况下，提高系统采集数据的精确度，但在系统运行过程中，需要对系统进行实时监测。在实际应用过程中，系统会存在多种问题，在数据采集过程中，数据经过转换后保存在某个单元中，能够方便飞控计算机展开查询，但同时也需要受到一定限制，系统内存需要进行扩展。在传输过程中，飞控计算机需要与数据采集器进行及时连接，从而对无人直升机的各个信号进行整体检测。在本次设计过程中，数据采集器和飞控计算机能够直接连接，从而完成数据采集传输系统，并展开实时监测。计算机在查询时，数据采集系统能够根据查询代码反馈出暂存的数据。通过本次设计方案，无人直升机运行过程中，飞控计算机可以对无人直升机的运行数据进行整体检测，发现故障问题能够实现实时反馈，并及时处理。

2.1整体设计方案的重点

数据采集系统的主要运行模式是无人机模拟电气信号，在经过滤波和隔离放大后，从而转换成无高频干扰的电气信号。模拟信号在预处理之后会转换成数字信号。数字信号和模拟电气信号会被输送到处理单元器。而后处理器会对其进行储存。整个系统通过与计算机结合，利用储存器采集相关数据，从而对整个系统的运行进行监测，若出现故障，能够及时开启故障处理，同时计算机能够及时反映故障。

2.2单元设计方案

需要对输入信号进行预处理，而后将其输送到处理的入口。模拟量信号经过处理后输送到处理器中。无人直升机产生的大多数电气信号需要经过调理，而后进入采集数据的设备。调理主要是删掉一些干扰系统的信号，将有用的相关信号进行存留。信号调理方法较多，一般情况下，可以使用放大、隔离以及滤波等。

放大是将信号能量进行放大，再将其输入相关系统，放大需要使用到的设备是放大器，经过放大器的处理，信号再被输入，能够增强信号的分辨率。在信号出现之后，需要及时将其输送到放大电路中。通过隔离处理，能够降低数据产生的误差。隔离发挥的主要作用是减少其他因素对数据采集系统的影响。此外，通过隔离能够提高整体运行的安全性能。通过滤波的调试，能够降低在采集过程中其他因素对信号的干扰，川儿增强信号的质量。通过滤波的操作，能够降低信号中存在的噪声，从而加强模拟输入信号的噪音比。滤波主要是通过滤波器，在系统输入信号时去除掉一些不需要的频率，保证有用信号能够被保留。

调理信号的方法有多种可以被采用，经过调理，能够确保系统的正常运行，提高系统的工作效率。

在系统中，也需要设置监测单元，经过监测单元的设置，能够提高整体设备的稳定性，因此，在设计方案时，需要充分考虑监测单元的设计。在设备开机时，监测单元能够对设备进行检测，在设备运行过程中，监测单元能够记录整个运行的状态，当出现故障时，监测单元能够及时发出警报，反映故障问题。故障处理时会输出低电平异常信号，向计算机反映故障后，计算机能够反映故障类型，从而帮助排除故障。在故障解决后，监测单元会取消故障异常的警报。

3系统设计方法

3.1系统设计

系统在设计过程中需要考虑到能够产生影响的各种因素，根据影响因素，设计抗干扰的功能。优化内外部的电子元件连接，改进当前布局。在设计过程中，做电路板出现问题，会直接影响信号波的输送效率，在传输过程中产生一些错误反应。因此在设计过程中，需要严格遵守相关原则。在设计时，需要注意一些问题。包括以下几点，在设计时，若存在模拟器件，需要注意模拟器件运行时所带来的影响因素，因为其数字电路的频率较高，会对模拟器件造成一定影响，因此，在设计时，需要将模拟器件远离高频信号，模拟器件需要远离数字器件，减少干扰的产生。此外，在设计过程中，电源线和地线也需要进行慎重考虑，要确保信号线具备一个安全距离，不被机壳地线所干扰。确保整个系统的电源稳定，可以采取多种措施提高系统的精确度，减少电源所产生的误差。同时，在系统运行过程中，时钟信号经过复位信号时，复位信号的芯片会对时钟信号产生一定程度的干扰，若时钟信号的频率较高时，所产生的干扰影响较大，因此需要控制两者之间的距离。

3.2系统硬件布局

由于涉及到无人直升机，无人直升机在飞行过程中有一种适用的电气信号数据采集系统，能够实时采集数据，采集完成之后能够自动存储。经过各种控制机制，在壳体的内部需要安装一个垫板，将其在壳体固定。连接器要在壳体的侧面位置，经过连接器对电路板以及电源进行连接，包括其他外部的通信设备也需要经过连接器进行连接。在壳体两侧设计输入的接口，能够其实将信号进行输入。经过设计，系统能够及时采集数据，提高系统的实时性。

4系统测试

将系统设计展开，对系统的各个硬件和软件功能进行整体测试，方便发现系统设计所存在的错误地方，好迅速找到解决措施，改进当前系统的设计，提高整体系统的使用功能，增强系统设计方案的可行性。对系统的部分软件和硬件进行测试，对所得到的结果进行分析。

首先展开硬件连接测试，硬件测试的目的是为了确保元件焊接过程中的操作是否正确，同时也能够检测出芯片之间的连接，通过硬件连接测试，能够发现一些错误问题。但在实际使用过程中，存在一些较为隐蔽的误差，需要采用多种测试手段进行检测。可以通过设计程序，在调试时缩小所产生的故障范围，此外在焊接过程中，需要按照简单到复杂的方式进行焊接，尽量可以分模块展开焊接工作。在调试时，应当首先确保电路安全，没有短路故障，才能展开通电调试工作。在数据采集系统展开过程中，需要对系统的硬件进行定位，从而确定系统的故障，完成系统硬件的检测。

需要对电源模块进行测试，调试电源模块过程中，需要在断电的前提下，测试电气的连接方式，若连接正确，可以接上电源，在电压稳定，对输入端进行检查，确保电源可以稳定供电，测试整体的电压情况，若电压情况正常，可以反映出电源模块的供电情况。

同时，需要对采集模块进行测试，通过模拟器，对各个端口的输出量进行观察，同时调试计算机的显示，及时记录测试信息。通信模块的测试操作较为简单，使用计算机发送指令，信号转换器接收到指令后，展开回复，回复数据和输入数据进行比较，若误差较小，则合格。

在系统测试完成后，需要对系统的整体运行展开测试，通过展开整体测试，能够确保整体系统的精确度，确保各模块的设计满足所需功能。

此外，需要进行环境测试，无人直升机在飞行过程中，其环境受自然因素影响，因此需要对系统整体进行温度监测，确保系统能够在高温或低温下正常工作。若系统在高温或低温测试中能够正常运行，则系统的温度检测合格。在测试过程中，就要进行冲击测试，从而检测系统的耐用度，冲击测试需要符合相关规定，在冲击过程中，系统需要固定。在测试过程中，也需要对桨叶的位置进行测试，确保无人直升机的桨叶位置精确，在测试时，选取不同的频率冲脉，输入脉冲端口，通过观察示波器，从而反应测试结果是否正常。同时需要对一些按钮功能进行测试，按钮能够实现所对应的功能，则确保按钮的功能无误。

通过系统设计，无人直升机的数据采集系统能够完成数据的采集以及存储功能。在数据经过单元采集后，能够进入预处理单元，从而输入到系统的主处理器中。无人直升机存在多种电气信号，若出现故障，通过电气信号能够及时反馈，电气信号经过调试后，能够降低干扰，从而被输送到主处理器中。

5结束语

无人直升机在航空领域发展过程中发挥着重要作用，在计算机应用到航空领域过程中，能够发挥检测作用，通过各种计算机技术，能够提高整体数据采集系统的性能，优化当前无人直升机的技术。在计算机技术的支撑下，无人直升机能够完成多项具有难度的任务，被广泛应用在各个领域中。本文中所提到的系统设计方案，能够提高系统的实时性，增强数据采集的精确性，适合当下无人直升机对数据采集处理器的功能需求。从无人直升机的需求出发，提出的设计方案，能够完成数据的采集以及存储。经过测试，方案设计中所涉及的硬件和软件，均符合标准。因此，这种数据采集处理系统，传输方式增加，系统的可扩展性加强，能够暂存数据，提高整体系统运行的性能。

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