一、无人机遥感控制平台电路
无人机与卫星和载人航空飞机遥感平台相比，具有成本低、灵活性高的特点。为了满足科学遥感实验、完成遥感作业任务、协调无人机电子吊舱中多组件工作、控制遥感影像传感器姿态，系统以 AT89S52 为主控芯片，扩展多路串口及 USB 接口以实现系统与外围设备的通信，同时设计了相机驱动模块及三自由度步进电机驱动模块。通过无人机航空遥感实验证明，该系统能够满足遥感实验要求。
1. USB 接口扩展电路设计
USB 口扩展由 CH375 芯片实现。CH375 是 USB 总线的通用接口芯片，主要特点是价格便宜、接口方便、可靠性高，支持 USB-HOST 主机方式和 USB-DEVICE/SLAVE 设备方式。CH375 的 USB 主机方式支持常用的 USB 全速设备，外部单片机需要编写固件程序按照相应的 USB 协议与 USB 设备通信；但对于常用的 USB 存储设备，CH375 的内置固件可以自动处理 Mass-Storage 海量存储设备的专用通信协议，通常情况下外部单片机不需要编写固件程序就可以直接读写 USB 存储设备中的数据。CH375 和单片机的通信有并行方式和串行方式两种。
图 1 USB 扩展电路原理
USB 扩展电路如图 1 所示，CH375 芯片设置为内置固件模式，使用 12 MHz 晶体。单片机 P0 口与 CH375 的 D0～D7 相连作为数据总线；译码器输出作为 CH375 的片选信号；单片机 A0 与 CH375 的 A0 相连，用于选择 CH375 的地址或数据输入输出——当 A0 为高电平时，D0～D7 传输的是地址；低电平时传输的是数据。P3.6 和 P3.7 分别控制 CH375 的读写操作；CH375 接单片机输入端，当有数据通过 USB 口输入时产生中断信号，通知单片机进行数据处理；当 CH375 芯片初始化成功并与主机连通之后，指示灯亮。
2. 步进电机驱动电路
稳定云台控制即为三自由度步进电机控制，即控制遥感传感器的俯仰角、横滚角和航向角，使稳定云台保持水平（或垂直）状态。步进电机驱动由 THB6128 芯片实现，单片机只需输出步进电机运行方向和脉冲信号即可达到控制步进电机的目的。THB6128 是高细分两相混合式步进电机驱动专用芯片，通过单片机输出控制信号即可设计出高性能、多细分的驱动电路。其特点为：双全桥 MOSFET 驱动，低导通电阻 Ron = 0.55 Ω，最高耐压 36 V，大电流 2.2 A（峰值），多种细分可选（最高可达 128 细分），具有自动半流锁定功能，快衰、慢衰、混合式衰减 3 种衰减方式可选，内置温度保护及过流保护。
图 2 航向角步进电机驱动电路
图 2 为航向角步进电机驱动电路，俯仰角、横滚角步进电机驱动与之相同。图中 CP1 与 U/D 分别为单片机给出的驱动脉冲与电机运行方向控制信号；M1、M2、M3 为电机驱动细分数选择信号输入，由拨码开关人为控制；FDT1 与 VREG1 分别为衰减模式选择电压与电流控制电压输入端，当 FDT1 > 3.5 V 时为慢衰减模式，FDT1 在 0.8～3.5 V 之间为混合衰减模式，FDT1 < 0.8 V 时为快衰减模式；调整 VREG1 端电压即可设定步进电机驱动电流值。
3. CCD／相机驱动电路设计
CCD／相机驱动由单稳态触发器 74LS221 和光耦合器 P521 实现。74LS221 既可以下降沿触发也可上升沿触发，且都可以禁止输出；其输出的脉宽通过内部补偿获得，而不受外部电压和温度影响，在大多数应用中脉宽只由外接的时控元件决定。
图 3 CCD／相机驱动电路
CCD／相机驱动电路如图 3 所示。图示参数下单稳态触发器高电平持续时间约为 33 ms，可根据相机实际曝光时间的需要改变电路的充电时间常数 RC 来调节暂稳态时间的长短。图中 Camera 为单片机 P3.5 口，当其为下降沿时触发单稳态触发器输出高电平，此高电平作用于光耦合器 P521 的二极管端，从而触发三极管端导通、进而触发相机快门；P521 的输出端串接一个 10 kΩ 的电阻，防止导通时电流过大而损坏相机。
4. 存储与电源
数据存储模块由 AT24C512 实现：单片机 P3.0、P3.1 口分别与 AT24C512 的 SCL、SDA 端口相连，并接入上拉电阻，模拟 I²C 总线扩展 64 KB E²PROM 数据存储器；SRAM 扩展由 IDT6116SA 芯片实现，扩展 2 KB 用于缓存单片机计算过程中的临时数据。系统输入电压为 12 V 直流电，电源模块采用两片三端稳压器串接，以降低单片稳压器两端的压降，获得平稳的 +5 V 电压。
图 4 无人机系统电路
通过实验证明，本系统可以较好地满足无人机航空遥感平台机载作业控制的要求：可以协调电子吊舱的各个组件工作、控制相机的姿态、实时下传机载作业数据，使用的 I/O 口较少；USB 接口的扩展解决了当前许多笔记本电脑不具备 COM 口的问题，在野外实验时亦可及时处理作业系统中的照片信息数据。单片机仍有较多的资源可以利用，便于系统升级，但同时也受到微处理器数据处理能力的限制。