嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用-巴西上空的蜻蜓

巴西世界杯正在如火如荼的進(jìn)行，各個(gè)國(guó)家隊(duì)為了取得好成績(jī)都在加緊訓(xùn)練，然而在這樣的緊張氣氛下，法國(guó)隊(duì)的訓(xùn)練場(chǎng)上卻發(fā)生了一件讓人哭笑不得的事情。一位球迷由于無(wú)法觀看比賽，于是操控一架無(wú)人飛行器飛到法國(guó)隊(duì)訓(xùn)練場(chǎng)的上空進(jìn)行偷拍。這件事被各大媒體爭(zhēng)相報(bào)道，并且還配上了推測(cè)的飛行器照片。這種飛行器被稱為四旋翼直升機(jī)，其典型特征是在十字形固定軸的四個(gè)頂點(diǎn)上有四個(gè)帶螺旋槳的電動(dòng)機(jī)，可以像蜻蜓一樣在空中實(shí)現(xiàn)懸停、滾動(dòng)、偏航和上下左右移動(dòng)等動(dòng)作。

相對(duì)于比例大小相近的傳統(tǒng)遙控直升飛機(jī)來(lái)說(shuō)，四旋翼直升機(jī)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一，四旋翼直升機(jī)不需要機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置來(lái)改變螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的傾斜角度，這就簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和直升機(jī)的維護(hù)工作。第二，四個(gè)電機(jī)的配置方式能夠讓每個(gè)螺旋槳的直徑小于傳統(tǒng)遙控直升機(jī)的單一螺旋槳(不包括尾槳)，從而減少了飛行過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)能。這能夠讓直升機(jī)撞到其他物體時(shí)減少損傷。對(duì)于小型遙控飛行器來(lái)說(shuō)，更小的螺旋槳直徑意味著近距離飛行更加安全。有些小型四旋翼直升機(jī)為螺旋槳增加了保護(hù)罩，使其能夠在更復(fù)雜的環(huán)境中飛行，同時(shí)降低了損壞周邊事物的危險(xiǎn)。

四旋翼直升機(jī)實(shí)際上是一種由嵌入式系統(tǒng)控制的遙控飛行器。它的硬件系統(tǒng)包括機(jī)身和遙控器。機(jī)身主要部件有處理器、X-Y軸陀螺儀、Z軸陀螺儀、X-Y-Z軸加速度計(jì)、射頻通信模塊和四個(gè)電動(dòng)機(jī)。軟件采用諸如uc/OS-II這樣的RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。在飛行過(guò)程中，CPU接收到的控器發(fā)出的飛行指令，同時(shí)會(huì)讀取陀螺儀和加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果，然后發(fā)出信號(hào)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而讓直升機(jī)按照操縱者的意愿飛行。

為了讓整個(gè)系統(tǒng)正常工作，處理器必須不斷地與周邊設(shè)備通信，以便收集數(shù)據(jù)和發(fā)出指令。在四旋翼直升機(jī)的方案中，陀螺儀的模擬信號(hào)輸出連接到處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，射頻通信模塊通過(guò)SPI總線連接到處理器，而三軸加速度計(jì)則通過(guò)IIC總線與處理器通信。這些通信功能都需要在開發(fā)過(guò)程中進(jìn)行考慮。

英蓓特科技公司推出的FRDM-KL05Z(上)和FRDM-KL25Z(下)開發(fā)板基于Freescale的Kinetis L系列微控制器。Kinetis L系列微控制器采用ARM Cortex-M0+內(nèi)核，具有高能效和高性能的特點(diǎn)，集成了SPI和IIC總線以及MMA8451Q三軸加速計(jì)和AD轉(zhuǎn)換器，完美的滿足了四旋翼直升機(jī)的開發(fā)要求。基于該系列微控制器的這兩個(gè)開發(fā)板體積小巧，非常適合于四旋翼直升機(jī)這樣對(duì)整體重量敏感的開發(fā)項(xiàng)目。另外，F(xiàn)RDM-KL05Z和FRDM-KL25Z開發(fā)板還提供了兼容Arduino的擴(kuò)展接口，為更多附加功能的開發(fā)提供了最大的可能性。同時(shí)，英蓓特科技擁有專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和深厚的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供完善的技術(shù)支持和軟件資源。有了硬件、軟件以及技術(shù)支持的保證，F(xiàn)RDM-KL05Z和FRDM-KL25Z開發(fā)板不僅適用于四旋翼直升機(jī)的開發(fā)，而且能夠滿足小型電氣、游戲配件、便攜式醫(yī)療設(shè)備、音頻系統(tǒng)、智能儀表、照明及電源控制等應(yīng)用的需求。