虽然今日的科技已经完成许多古人无法想象的飞行机器，但仍然只有少数人有机会与资格可以成为正式的飞行员，真正驾驭飞机在天空翱翔。对于一般人而言，遥控飞机可以算是最快达到飞行梦想的方法。借着电子与电机技术的快速发展，可以简单制作与操控的遥控飞机已经十分普遍，从事遥控飞机休闲的人口也逐渐的增加。

《图一 遥控飞机系统》

基本的遥控飞机系统架构如图一所示。主要的控制组件包括遥控器、接收机、伺服机及动力装置（引擎或电动机）。这样的控制架构已经差不多达到标准化了，普遍应用于遥控飞机、直升机及车、船等不同的遥控玩具上。这一套控制架构只有单方向的发送命令，遥控飞机并没有任何回馈的数据送到地面的控制者。由于基本的遥控飞机系统只能由目视来判断飞行状态，实际上的飞行速度、高度等数据只能凭经验来估计，对于部分从事遥控飞机休闲的人士而言，这样并无法满足征服天空的期望。具有可以确实测量飞行速度与高度功能的设备，是极需要进行开发的产品。因此，本专题根据基本的飞行纪录需求，开发一套适合的飞行数据记录器，让遥控飞机玩家可以知道自己飞行的数据，以便进行飞机装备上的调整。

本专题所制作的飞行数据记录器，以适用于小型遥控飞机为前提，所以成品的体积与重量均不可过大。使用单芯片微控制器为核心，是最适当的选择。完成的飞行数据纪录器可以安装于一般休闲用遥控飞机，也可以应用于特殊用途的无人飞行载具上，具有相当的市场价值。

记录飞行状态的数据项包括空速（air speed）、气压高度（barometric altitude）及空气温度等。选用的传感器输出均为模拟电压，所以采用具有A/D接口的HT46R24为核心微控制器，可以直接读取传感器输出并转换为数字数据。转换后的数字数据经由I2C界面，储存至HT24LC64内存中。因为一般遥控飞机系统使用的电源为直流4.8～6.0V，所以飞行纪录器也规划为使用6 V的直流电源，并搭配HT7550以稳定电压。

为了可以安装在一般的遥控飞机上，成品的体积不可过大，无法直接搭载适当大小的接口来显示记录的数据。在记录器上不考虑装置LCD或其他可显示数据的装置，而是在飞行完毕后，将储存的数据经由串行接口传送至个人计算机，于个人计算机上显示所有的飞行数据。因为个人计算机已相当普及，这种处理方式可以提高使用的便利性。所以除了飞行数据纪录器之外，整套系统还需要在个人计算机上设计出适当的程序与纪录器联机，以管理飞行数据。

除了单纯的感测与记录功能，为扩充飞行纪录器的用途，同时也规划了一组Slave I2C接口，可以让其他具有Master I2C接口的装置来读取飞行时的感测数据。可应用于实时飞行数据显示器或无人飞机的飞行控制器上，当作一个独立的飞行感测模块。

目前全世界遥控飞机之爱好者仍在不断的增加，同时对于遥控设备的功能与性能要求也逐渐提高。针对遥控飞机玩家的需求，市面上也有类似的飞行纪录器，但是大多数只有单独记录了速度或高度，而且数据撷取的频率通常过低，无法真正显示飞机在快速运动下的性能。除此之外，可将感测数据由标准化的接口输出的功能，在目前市面上的产品中尚未见到。

《图二 飞行数据记录器的硬件架构》

硬件架构

本作品整体的硬件架构如图二。以一个单芯片微控制器为核心，来控制各项功能的判断与执行。传感器的输出电压经由A/D转换接口来读取，然后以I2C串行界面连接EEPROM，进行数据储存。以个人计算机来下载数据时，是透过UART接口来执行传送及接收。另外还规划一组Slave模式的I2C串行接口，可以作为扩充和其他设备连接之用。

软件架构

本作品的软件架构如图三，包含一个主流程和两个中断处理流程。主流程启始后，即根据功能选择开关决定要执行感测与纪录功能，或是数据传送功能。

如果选择为执行感测与记录功能，则依据事先设定的撷取频率来设定内部的定时器参数，然后致能Slave I2C和定时器中断功能。传感器的电压撷取是由定时器中断来启动，以达到固定频率撷取的功能。所以当定时器中断发生时，即开始进行传感器电压的A/D转换，并且将转换结果写入EEPROM内。如果是Slave I2C中断发生，代表有外部装置来读取传感器数据，则从特定内存位置，将最新转换的传感器数据经由硬件的I2C BUS传送出去。

如果选择为数据传送功能，则先完成软件UART的设定，然后等待联机计算机的下载命令。接收到下载命令后，开始依序从EEPROM中读出储存的数据，然后转从UART传送出去。当EEPROM的数据完全读取与传送完毕后，则回到等待命令的状态。

《图三 软件架构》

制作与测试

上述规划的电路首先在面包板上配线与测试。在面包板上建构的电路及软件如果确认可以正常工作，再移到电路板上制作。以盛群的仿真器HT-ICE来仿真HT46R24运作，电源可暂时由仿真器提供，所以在初步测试阶段，微控制器的震荡、重置及电源电路并不需要。压力传感器均属于SMD组件，无法直接插在面包板上，所以先焊接于小块的电路板，将需要的接脚引线连接排针，才能用在面包板上测试。

经由实际的测试，证实本专题制作的飞行纪录器可成功执行飞行过程的速度、压力及温度值。不过，依据传感器规格表提供的数据来计算相关物理量之结果，有较大的误差。若在硬件中增加调整电路，或在程序中增加校正值纪录与A/D转换值修正的功能，并且配合其他标准压力及温度控制设备进行校正，则可以提高本作品的准确性与可靠性。此为后续改善与发展的方向。

---本文由盛群半导体提供；作者曾信钦为空军航空技术学院飞机工程系二技部学生、江志煌为空军航空技术学院飞机工程系助理教授---