基于單片機的遙控攝像飛機的設計

[摘 要]單片機，興起于上世紀70年代，經過多年的發展，從4位、8位發展到現在的16位，從當初僅僅應用在工業領域發展到現在單片機產品已經滲透到我們生活的方方面面。基于單片機技術的遙控產品也多種多樣，涉及多個領域。文章中的遙控攝像飛機就是其中一種。飛機的飛行、攝像控制部分是整機的核心功能部分，這部分是由單片機及其外圍電路實現的。

[關鍵字]單片機 飛行控制 遙控

一、引言

單片機，興起于上世紀70年代，經過多年的發展，從4位、8位發展到現在的16位，從當初僅僅應用在工業領域發展到現在單片機產品已經滲透到我們生活的方方面面。

單片機技術作為控制技術的里程碑，其應用遍及工業控制、智能化儀器儀表、家用電器等領域。單片機是單片微型計算機的簡稱。它采用了超大規模集成技術，將微型計算機的中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路集成在同一塊芯片上。構成小巧又完善的計算機硬件系統，在單片機應用軟件的控制下，準確、迅速、高效地完成規定的控制任務。所以一片單片機芯片就具有組成計算機的全部功能。單片機芯片作為控制系統的核心，除了具有通用微機CPU的數值計算功能，還必須具備靈活、強大的控制功能。它抗干擾性強，工作溫度范圍跨度大；可靠性高；控制功能強，數值計算能力強；且單片機的指令系統比較簡單、豐富。單片機的應用還改變了傳統控制系統的設計思想和設計方法，以往需要硬件模擬電路來實現的部分功能，現在可以采用數字電路通過單片機編程來控制實現。

基于以上所述，文章中所述的遙控攝像飛機的核心控制部分采用了單片機家族中的代表性產品80C51。它是單片機經典51系列中的一款。51系列單片機是在上世紀80年代推出的，是單片機家族中最經典的代表，對整個單片機的生產影響深遠。

二、整機設計

整個機身使用輕型材質，如機翼部分使用的是有硬度的泡沫。整機分為四大部分：機頭，機身，機翼和機尾。機頭與螺旋槳相連，根據飛機的大小及重量對螺旋槳進行調節。機身是整機的核心部分，機身密閉，內置遙控信號接收器，飛行控制系統以及進行攝像的相機。機翼使用輕型材質，根據機身重量調節大小，機翼與機身連接部分是轉軸裝置，能夠在起飛和降落時調節方向。機尾連接尾翼，也可在結尾的部分加裝緊急降落安全裝置，以防飛機飛行出現故障或降落時將機身損壞。

三、機身內部設計及功能

機身核心部分為密封艙，包括給整機供電用的電池、起飛開關、電源開關、遙控信號接收裝置、飛行和攝像控制系統、照相機、多種傳感器、飛行控制程序導入接口、照相機內照片導出接口、電池充電接口。

電池是可反復使用的充電電池。電源開關的作用是控制電池與機身核心部分的電路連接。起飛開關的作用是控制螺旋槳與飛行控制系統，當遙控終端對飛機的飛行航線、時間、距離等設定完畢后，通過接口將設置導入控制系統中，開啟起飛開關，飛機即可按照設定的航線進行飛行。

飛行和攝像控制系統的主要功能有：自動爬升到系統預設的高度，按設定好的航線自動飛行，按設定好的時間和間隔自動控制相機進行拍照，自動返航，自動達到降落高度，在設定好的降落半徑內自動開啟降落安全裝置，自動收回相機鏡頭，自動斷電等。

多種傳感器主要包括相對高度傳感器，溫度、濕度、風力傳感器等。飛行控制程序導入接口、照相機照片導出接口是飛機與控制終端或外界交互的唯一途徑。

四、控制終端的功能

控制終端與飛機內的飛行控制系統相配合使用，控制終端可進行預先飛行路線及要求的設置，也可完成臨時控制任務。控制終端的主要功能包括：與飛機取得信號連接，規劃飛機航線，規劃飛行高度，規劃飛行面積，實時監控飛機狀態，突發事件的應急處理，后期圖像處理，測量部分拍攝面積。

終端內置飛機配套控制軟件，可對飛行航線等進行設置，設置完成后，通過與飛行控制程序導入接口導入到飛機的飛行控制系統中，控制系統根據預先設定進行飛行。

飛行控制軟件包括飛機控制，相機控制，遙測記錄等幾個模塊。通過控制終端與飛機中傳感器的通信，控制軟件中可以監測飛機電壓、飛行速度、相對高度、空氣濕度、風速、氣壓等。軟件中飛機控制部分可以預先設定飛機飛行航帶的長度、寬度、高度、飛行區域飛行半徑，相機拍攝的高度、時間間隔、范圍等。

通過與飛機內置的遙控信號接收裝置進行通信，控制終端還可進行實時飛行遙控。

五、遙控飛機的應用領域

遙控飛機的應用領域廣泛，可以應用在軍事，氣象，農業等領域中。軍事領域中可以用來勘測物理地形、地貌，進型偵查工作；在氣象方面可以用來采集特定的氣象圖片，地貌圖片，用來測試風速、氣壓、濕度、溫度等相關氣象參數；在農業方面可以用來勘測植株長勢、分部情況，勘察農作物受災情況、確定受災面積及受災區域。遙控飛機的應用可以節省許多人力物力，在空中進行俯瞰圖像采集；在危險情況或人無法達到的情況下進行圖像和各種參數的采集。

參考文獻：

[1] 李移倫 . 單片機原理及應用[M] . 長沙：中南大學出版社，2006

[2] 周明德 . 微型計算機系統原理及應用 . 北京：北京航空航天大學出版社，1998

[3] 周立功 . 單片機網站：www.zlgmuc.com