【摘 要】
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太阳能无人机具有任务执行高度高、巡航时间长、使用灵活等特点,已逐渐发展成为通信中继、资源勘探、气象监测等任务的理想空中平台。在太阳能无人机研制过程中,实时、完整、准确地记录飞行与任务载荷数据至关重要,能够为飞行性能分析、故障诊断、试验评估等提供有力支持,可以有效缩短装备的研制周期。设计一款载荷资源丰富、存储容量大、可靠性高、通用性强、轻小化的机载数据记录仪对于太阳能无人机的研制和改进具有重要意义。
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太阳能无人机具有任务执行高度高、巡航时间长、使用灵活等特点,已逐渐发展成为通信中继、资源勘探、气象监测等任务的理想空中平台。在太阳能无人机研制过程中,实时、完整、准确地记录飞行与任务载荷数据至关重要,能够为飞行性能分析、故障诊断、试验评估等提供有力支持,可以有效缩短装备的研制周期。设计一款载荷资源丰富、存储容量大、可靠性高、通用性强、轻小化的机载数据记录仪对于太阳能无人机的研制和改进具有重要意义。本文对太阳能无人机用机载数据记录仪硬件平台性能、载荷控制资源、数据管理软件以及环境适应性等方面需求进行了分析,并据此制定了总体方案。硬件平台选用内部集成ARM与FPGA的异构多核SOC芯片ZU5EV作为核心处理器,在ZU5EV中PL（Programmable Logic）部分集成了FC光纤通信协议逻辑、CAN总线协议逻辑、异步串行通信协议逻辑、同步串行通信协议逻辑、Flex Ray总线协议芯片控制逻辑、WIFI控制逻辑和温度传感器解码芯片读取逻辑,实现了光纤、CAN、异步RS422、同步RS422、Flex Ray以及无线传输接口通信和温度采集功能;利用ZU5EV中PS（Processing System）部分的PCIe接口和网络接口分别实现了大容量SSD固态存储和千兆以太网高速传输,有效减小了设备体积,提高了系统集成度和可靠性。并针对记录仪恶劣的工作环境进行结构设计,增强了整机散热能力,保证机载数据记录仪在极端情况下能够持续正常工作。根据系统调度以及信息流管理的要求,在ZU5EV的PS部分定制嵌入式Linux系统,并利用环境配置工具Petalinux简化配置流程。根据软件总体方案,使能网口驱动、NVMe驱动、SD驱动、GPIO驱动等,然后在此基础上完成了各类总线应用程序的开发和上层数据管理软件的开发,实现了各类总线数据的时间标记、分类存储和数据下载。为满足通信总线灵活配置的需求,利用Py QT5工具开发PC端操作控制软件,用来配置记录仪工作参数。最后,对整个系统进行性能测试、功能测试以及环境适应性测试,测试结果表明,本文设计的太阳能无人机用机载数据记录仪软硬件设计合理,系统运行稳定,各项功能与技术指标均符合用户要求。
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