固定翼飛機豎直飛行控制系統(tǒng)方案設計

·8ms定時中斷：系統(tǒng)有一個模定時器18ms中斷程序，因為正常的脈沖串9個脈沖不會超過18ms，所以可以讓定時器在第一個脈沖開始時計數(shù)，計到18ms就認為一個脈沖串結(jié)束，把脈沖數(shù)計數(shù)器清零。模定時器捕捉中斷程序里看到這個計數(shù)器被清零了就知道下一個脈沖串開始了。這個中斷還為PID的定時運算提供時間標志，每進入一次中斷就把標志置位，主程序讀到標志被置位就進行PID運算，這樣就保證了PID運算的周期是固定的。

　　·1.67ms中斷程序和A/D中斷程序：為了讀取MMA7260QT輸出的數(shù)據(jù)需要用A/D讀值，這里每1.6667ms進入中斷一次設定A/D通道，讀完三個通道用時5ms，在兩個脈沖串的標準間隔20ms內(nèi)可以各讀4次，用滑動平均值算法后可以濾除干擾。

主程序介紹

　　雖然傳感器都是水平放置的，但因為溫度電壓等的不同，三個軸的輸出和計算的輸出是不一樣的，會有少許偏差，為了解決這個問題，在上電后先對三個軸的值連續(xù)讀64次后平均，把這個平均值作為飛機要穩(wěn)定的目標值，這樣飛機就基本穩(wěn)定了。

　　提到穩(wěn)定，PID功不可沒，主程序里的PID有兩處要提一下。一是因為傳感器的穩(wěn)定性問題和飛機的抖動，A/D輸出值差2、3個數(shù)是很正常的，所以在主程序里要判斷一下，如果誤差值在3以內(nèi)，則不進行PID運算，這樣就減少了舵機無謂的抖動；二是因為飛機的前后左右重量不一致，所以在飛機前傾后仰左右擺動時要用不同的P值計算。

　　主程序每20ms更新一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就是前后左右上下的控制脈沖的寬度。這個數(shù)據(jù)是把模定時器捕捉中斷程序里捕捉到的數(shù)直接拿來用還是要拿PID運算的數(shù)據(jù)來用？這由一個脈寬（決定此時飛機是否要豎直飛行的脈寬）決定，這里用到的是第7個脈沖的脈寬，也就是遙控器的第7通道，這個參數(shù)被命名為Helen，當Helen >1500（1.5ms）時就是操縱者要豎直飛行，要把PID運算的數(shù)據(jù)輸出；當Helen 1500時就是正常飛行，直接把模定時器捕捉中斷程序里捕捉到的數(shù)輸出就可以了。

　　要得到各個脈沖寬度，只要把從低到高的每個脈沖發(fā)生的時間做減法就可以了，這個減法運算也是在主程序里完成的。減法完成后還要對脈沖寬度進行出錯處理，要檢查一下，小于1ms的按1ms算，大于2ms的按2ms算，處理完了就可以調(diào)用發(fā)送中斷發(fā)送給輔助MCU了。調(diào)用方式是把數(shù)組排列好，把發(fā)送數(shù)據(jù)計數(shù)器清零，打開發(fā)送中斷允許位，這時發(fā)送緩沖區(qū)是空的，發(fā)送中斷一允許，它就立刻進中斷開始發(fā)送。

　　串口發(fā)送中斷程序：程序進入本中斷后首先把發(fā)送數(shù)據(jù)計數(shù)器指示的數(shù)送到發(fā)送緩沖區(qū)去發(fā)送，如發(fā)送完了就把發(fā)送中斷允許位清零，以防止正在發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送完后再次進入中斷；如沒發(fā)送完就直接退出，等待下次中斷。

　　輔助MCU程序流程圖見圖6。

　　串口接收中斷：輔助MCU程序的關(guān)鍵在串口接收中斷，接收到的數(shù)要存入指定的數(shù)組，這個容易實現(xiàn)，而把引導頭找出來就不那么容易了，因為作為引導頭的0xAA、0x55也有可能是數(shù)據(jù)，只有連起來的才是引導頭，判斷方法詳見圖6。

　　因為本MCU只有兩個定時器，但需要控制三路脈沖，所以有兩路脈沖用定時器的PWM功能實現(xiàn)，另外一路需要用軟件模擬，本文選用的方法是用一個20ms的中斷，進入中斷后把I/O口置位，然后在主程序里循環(huán)判斷定時器的值，當定時器的值大于要送的脈沖值時把I/O復位。