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摘 要：论文给出了一款飞行器导航数据采集、存储和显示系统的设计和制作方案。下位机使用以AMR为内核的STM32F103ZET6微型控制器作为核心处理器，通过控制GPS模块、JY901高精度惯性导航模块、3DR Radio数传模块、LCD显示模块等外设实现导航数据的采集、无线传输和实时显示。上位机部分直接通过PC机读取数传电台接收到的数据，在MATLAB环境下对数据进行二维可视化处理，在MiniIMU软件上三维动态显示飞机飞行姿态。该系统可以高效直观监测飞行器的状态，具有先进性。
关键词：STM32单片机；导航数据采集；存储和显示系统；传感器
1 总体设计
硬件方面，分为上位机和下位机，下位机选用STM32F103ZET6微型控制器作为下位机核心处理器，通过控制GPS模块、JY901高精度惯性导航模块、3DR Radio数传模块、LCD显示模块对导航数据进行采集、无线传输和内部显示；上位机直接通过PC机读取数传电台接收到的数据并实时显示。软件方面，对应分为嵌入式软件设计和PC端软件设计，嵌入式软件设计主要是GPS、JY901模块数据采集、传感器数据筛选和转换、数据协议生成与解析，LCD显示数据以及最后的串口数传电台输出；PC端软件设计主要是实现MATLAB环境下对数据进行二维可视化处理，在MiniIMU软件上三维动态显示飞机飞行姿态。
2 系统功能分析
2.1 主控芯片
选用STM32F103ZET6为主控芯片，主要考虑到以下几点：
（1）本设计需要用到多个传感器和其它模块，需要很多引脚资源，普通的STM32F103没法达到要求。
（2）传感器采集数据后，通过串口1传入并转发至串口3，再由数传电台传输至上位机，要求要有快速的处理数据能力。
（3）设计周期短，设备体积要小，成型的开发板和模块更加高效可靠。
2.2 JY901模块
为了采集飞行器的姿态角、加速度等导航数据，采用JY901高精度惯性导航模块。该模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器于一体，采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。
2.3 GPS模块
飞机经纬度数据由国产的M8N型GPS模块采集，通过信号线传输给JY901模块，与姿态角、加速度、角速度和磁感应强度等导航数据一同通过串口1传送给单片机。该模块体积小、灵敏度高，定位精度可达0.5m，具有22个跟踪通道，66个捕获通道。刷新速率为10Hz，能够快速启动和定位。
2.4 3DR Radio无线数传电台
本设计选用远航科技有限公司的V2型3DR Radio无线数传模块作为转发飞行数据的模块，该模块体积小、重量轻（不含天线仅仅有4克），空中数据传输速率高达250kbps，接收灵敏度为-121dBm，能够快速准确的将飞行数据传送至上位机。
3 系统软件设计
3.1 软件整体设计
本文软件的整体设计分为两部分，一个是嵌入式软件设计，其中涉及到：GPS、JY901模块数据采集、传感器数据筛选和转换、数据协议生成与解析，LCD显示数据以及最后的串口数传电台输出；另一部分是PC端软件设计，主要包括：MATLAB串口通信和数传电台对飞行数据接收与解析，以二维动态图的形式显示出来；通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据。
3.2 嵌入式程序设计
下位机上电后，各个硬件开始初始化，包括初始化串口、SPI2、TFT-LCD、W25Q128等，GPS、JY901模块上电后将采集的数据发送至串口1，再转发至串口3，之后分为两步，一是通过帧头判别数据的类型，拷贝到对应的数据结构体中，从而得到具体的姿态角、加速度和经纬度等数据，再进行汉化处理，直接由LCD显示屏显示出来；二是通过数传电台将数据发送至上位机，由上位机进行数据的进一步处理。
3.3 PC端程序设计
PC端程序设计主要分为两个部分，一是MATLAB串口通信和数传电台对飞行数据接收与解析，以二维动态图的形式显示出来。二是通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据。
（1）MATLAB部分的程序设计解析（图1）。
通过串口g接收到数据之后，与嵌入式程序设计类似，都是根据帧头判别数据类型，再根据JY901模块与串口的通信协议进行进一步处理计算，得到具体数值，最终进行二维可视化处理，动态显示导航数据。
（2）MiniIMU软件部分
MiniIMU是一款AHRS 测试软件，可以用来检测串口传输进来的数据。通过该软件的三维模块，可以动态显飞机的实时姿态。
4 调试与测试结果
（1）上位机MATLAB部分的数据二维動态显示结果如图2。
（2） 上位机MATLAB部分的数据存储结果存入excel中。
（3）MiniIMU软件三维动态显示
直接通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据，飞机的姿态角发生改变，三维图也随之发生改变。
5 结语
论文给出了以STM32为核心的导航数据采集、存储和显示系统，便于直观高效地监测飞行数据，并且存储了飞行数据，本设计以低廉的成本达到了较好的效果，具有先进性和可推广性。
参考文献：
[1] 谭浩强.C 语言程序设计[M].2 版.北京： 清华大学出版社，2008.
[2]刘火良.STM32库开发指南[M].北京：机械工业出版社，2013.5.
关键词：STM32单片机；导航数据采集；存储和显示系统；传感器
1 总体设计
硬件方面，分为上位机和下位机，下位机选用STM32F103ZET6微型控制器作为下位机核心处理器，通过控制GPS模块、JY901高精度惯性导航模块、3DR Radio数传模块、LCD显示模块对导航数据进行采集、无线传输和内部显示；上位机直接通过PC机读取数传电台接收到的数据并实时显示。软件方面，对应分为嵌入式软件设计和PC端软件设计，嵌入式软件设计主要是GPS、JY901模块数据采集、传感器数据筛选和转换、数据协议生成与解析，LCD显示数据以及最后的串口数传电台输出；PC端软件设计主要是实现MATLAB环境下对数据进行二维可视化处理，在MiniIMU软件上三维动态显示飞机飞行姿态。
2 系统功能分析
2.1 主控芯片
选用STM32F103ZET6为主控芯片，主要考虑到以下几点：
（1）本设计需要用到多个传感器和其它模块，需要很多引脚资源，普通的STM32F103没法达到要求。
（2）传感器采集数据后，通过串口1传入并转发至串口3，再由数传电台传输至上位机，要求要有快速的处理数据能力。
（3）设计周期短，设备体积要小，成型的开发板和模块更加高效可靠。
2.2 JY901模块
为了采集飞行器的姿态角、加速度等导航数据，采用JY901高精度惯性导航模块。该模块集成高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器于一体，采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。
2.3 GPS模块
飞机经纬度数据由国产的M8N型GPS模块采集，通过信号线传输给JY901模块，与姿态角、加速度、角速度和磁感应强度等导航数据一同通过串口1传送给单片机。该模块体积小、灵敏度高，定位精度可达0.5m，具有22个跟踪通道，66个捕获通道。刷新速率为10Hz，能够快速启动和定位。
2.4 3DR Radio无线数传电台
本设计选用远航科技有限公司的V2型3DR Radio无线数传模块作为转发飞行数据的模块，该模块体积小、重量轻（不含天线仅仅有4克），空中数据传输速率高达250kbps，接收灵敏度为-121dBm，能够快速准确的将飞行数据传送至上位机。
3 系统软件设计
3.1 软件整体设计
本文软件的整体设计分为两部分，一个是嵌入式软件设计，其中涉及到：GPS、JY901模块数据采集、传感器数据筛选和转换、数据协议生成与解析，LCD显示数据以及最后的串口数传电台输出；另一部分是PC端软件设计，主要包括：MATLAB串口通信和数传电台对飞行数据接收与解析，以二维动态图的形式显示出来；通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据。
3.2 嵌入式程序设计
下位机上电后，各个硬件开始初始化，包括初始化串口、SPI2、TFT-LCD、W25Q128等，GPS、JY901模块上电后将采集的数据发送至串口1，再转发至串口3，之后分为两步，一是通过帧头判别数据的类型，拷贝到对应的数据结构体中，从而得到具体的姿态角、加速度和经纬度等数据，再进行汉化处理，直接由LCD显示屏显示出来；二是通过数传电台将数据发送至上位机，由上位机进行数据的进一步处理。
3.3 PC端程序设计
PC端程序设计主要分为两个部分，一是MATLAB串口通信和数传电台对飞行数据接收与解析，以二维动态图的形式显示出来。二是通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据。
（1）MATLAB部分的程序设计解析（图1）。
通过串口g接收到数据之后，与嵌入式程序设计类似，都是根据帧头判别数据类型，再根据JY901模块与串口的通信协议进行进一步处理计算，得到具体数值，最终进行二维可视化处理，动态显示导航数据。
（2）MiniIMU软件部分
MiniIMU是一款AHRS 测试软件，可以用来检测串口传输进来的数据。通过该软件的三维模块，可以动态显飞机的实时姿态。
4 调试与测试结果
（1）上位机MATLAB部分的数据二维動态显示结果如图2。
（2） 上位机MATLAB部分的数据存储结果存入excel中。
（3）MiniIMU软件三维动态显示
直接通过MiniIMU软件三维动态显示飞行数据，飞机的姿态角发生改变，三维图也随之发生改变。
5 结语
论文给出了以STM32为核心的导航数据采集、存储和显示系统，便于直观高效地监测飞行数据，并且存储了飞行数据，本设计以低廉的成本达到了较好的效果，具有先进性和可推广性。
参考文献：
[1] 谭浩强.C 语言程序设计[M].2 版.北京： 清华大学出版社，2008.
[2]刘火良.STM32库开发指南[M].北京：机械工业出版社，2013.5.