基于CH340的遙控器與PC機接口設(shè)計

　　無人機飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是一種對地面操縱人員進(jìn)行培訓(xùn)的仿真軟件，它通過在計算機中建立飛行場景和飛機三維模型，由遙控器輸入指令進(jìn)行驅(qū)動控制，從而實現(xiàn)飛機的飛行仿真。模擬訓(xùn)練具有在無風(fēng)險、無器材消耗的條件下訓(xùn)練飛行操縱人員的特點，可以節(jié)約大量的訓(xùn)練經(jīng)費和訓(xùn)練時間。在無人機飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計過程中，首先要解決的問題是遙控器和計算機之間的通訊，以便把遙控器產(chǎn)生的遙控指令送到計算機中。由于遙控器本身不帶USB口，不能和計算機直接相連，因此需要設(shè)計USB接口電路完成通訊功能。

　　1 硬件設(shè)計

　　從理論上來講，遙控器與PC機的連接可以設(shè)計成并口、串口、USB口等多種連接方式，并可以根據(jù)不同的連接方式設(shè)計相應(yīng)的接口電路。然而實際的情況是：并口通訊雖然傳輸速度快，但連線多，抗干擾性差，連線不能過長，操縱使用不便;RS232串口通訊使用方便，傳輸距離也較遠(yuǎn)，但目前的PC機卻很少再設(shè)計有232串口，因此串口方式的使用也受到了限制。同時，由于USB具有傳輸速率高、支持熱插拔以及即插即用等優(yōu)點，當(dāng)前的計算機普遍配置有多個USB口，因此采用USB接口進(jìn)行通信更簡單高效。

　　USB接口電路的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由信號調(diào)理電路、控制單片機、USB接口模塊組成。

　　1.1 遙控器及指令編碼格式

　　無人機飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)所使用的遙控器是通用的Futaba 4通道遙控器，其外形如圖2-a所示，它主要包括一個脈沖編碼電路和一個高頻發(fā)射電路。脈沖編碼指的是以不同的脈沖數(shù)目、脈沖寬度、脈沖位置或者不同的脈沖組合來代表不同的控制指令的編碼方式。目前使用的遙控器編碼方式主要有PPM和PCM兩種，大多數(shù)遙控器同時具備這兩種編碼功能，使用時可根據(jù)需要選取其中一種。操縱器背面一般都設(shè)有教練口，如圖2-b所示。編碼電路產(chǎn)生的遙控指令編碼信號一方面送到高頻發(fā)射電路，一方面還送到教練口輸出，因此教練口送出的也是PPM或PCM信號。

　　相比較PCM編碼而言，PPM編碼更具有一定的規(guī)律性，因此系統(tǒng)設(shè)計中選擇的是對PPM編碼的指令格式進(jìn)行處理。以4通道的遙控器為例，PPM編碼格式的脈沖波形如圖3所示。

　　圖中為一組4通道的脈沖串，其脈沖串寬度為20ms，共由5個脈沖組成，它所攜帶的信息是各通道PWM信號的占空比，其中1通道1.5ms，2通道1.5ms，3通道1ms，4通道2ms。當(dāng)操縱相應(yīng)通道的操縱桿時，對應(yīng)通道的脈沖低電平寬度會出現(xiàn)變化，也就是下一個脈沖出現(xiàn)的位置會變化，但脈沖串總的周期不變，一直保持20ms。