雖然今日的科技已經完成許多古人無法想像的飛行機器，但仍然只有少數人有機會與資格可以成為正式的飛行員，真正駕馭飛機在天空翱翔。對於一般人而言，遙控飛機可以算是最快達到飛行夢想的方法。藉著電子與電機技術的快速發展，可以簡單製作與操控的遙控飛機已經十分普遍，從事遙控飛機休閒的人口也逐漸的增加。

《圖一　遙控飛機系統》

基本的遙控飛機系統架構如圖一所示。主要的控制組件包括遙控器、接收機、伺服機及動力裝置（引擎或電動機）。這樣的控制架構已經差不多達到標準化了，普遍應用於遙控飛機、直升機及車、船等不同的遙控玩具上。這一套控制架構只有單方向的發送命令，遙控飛機並沒有任何回饋的資料送到地面的控制者。由於基本的遙控飛機系統只能由目視來判斷飛行狀態，實際上的飛行速度、高度等資料只能憑經驗來估計，對於部分從事遙控飛機休閒的人士而言，這樣並無法滿足征服天空的期望。具有可以確實測量飛行速度與高度功能的設備，是極需要進行開發的產品。因此，本專題根據基本的飛行紀錄需求，開發一套適合的飛行資料記錄器，讓遙控飛機玩家可以知道自己飛行的數據，以便進行飛機裝備上的調整。

本專題所製作的飛行資料記錄器，以適用於小型遙控飛機為前提，所以成品的體積與重量均不可過大。使用單晶片微控制器為核心，是最適當的選擇。完成的飛行資料紀錄器可以安裝於一般休閒用遙控飛機，也可以應用於特殊用途的無人飛行載具上，具有相當的市場價值。

記錄飛行狀態的資料項目包括空速（air speed）、氣壓高度（barometric altitude）及空氣溫度等。選用的感測器輸出均為類比電壓，所以採用具有A/D介面的HT46R24為核心微控制器，可以直接讀取感測器輸出並轉換為數位資料。轉換後的數位資料經由I2C界面，儲存至HT24LC64記憶體中。因為一般遙控飛機系統使用的電源為直流4.8～6.0V，所以飛行紀錄器也規劃為使用6 V的直流電源，並搭配HT7550以穩定電壓。

為了可以安裝在一般的遙控飛機上，成品的體積不可過大，無法直接搭載適當大小的介面來顯示記錄的資料。在記錄器上不考慮裝置LCD或其他可顯示數據的裝置，而是在飛行完畢後，將儲存的資料經由串列介面傳送至個人電腦，於個人電腦上顯示所有的飛行資料。因為個人電腦已相當普及，這種處理方式可以提高使用的便利性。所以除了飛行資料紀錄器之外，整套系統還需要在個人電腦上設計出適當的程式與紀錄器連線，以管理飛行資料。

除了單純的感測與記錄功能，為擴充飛行紀錄器的用途，同時也規劃了一組Slave I2C介面，可以讓其他具有Master I2C介面的裝置來讀取飛行時的感測資料。可應用於即時飛行資料顯示器或無人飛機的飛行控制器上，當作一個獨立的飛行感測模組。

目前全世界遙控飛機之愛好者仍在不斷的增加，同時對於遙控設備的功能與性能要求也逐漸提高。針對遙控飛機玩家的需求，市面上也有類似的飛行紀錄器，但是大多數只有單獨記錄了速度或高度，而且資料擷取的頻率通常過低，無法真正顯示飛機在快速運動下的性能。除此之外，可將感測資料由標準化的介面輸出的功能，在目前市面上的產品中尚未見到。

《圖二　飛行資料記錄器的硬體架構》

硬體架構

本作品整體的硬體架構如圖二。以一個單晶片微控制器為核心，來控制各項功能的判斷與執行。感測器的輸出電壓經由A/D轉換介面來讀取，然後以I2C串列界面連接EEPROM，進行資料儲存。以個人電腦來下載資料時，是透過UART介面來執行傳送及接收。另外還規劃一組Slave模式的I2C串列介面，可以作為擴充和其他設備連接之用。

軟體架構

本作品的軟體架構如圖三，包含一個主流程和兩個中斷處理流程。主流程啟始後，即根據功能選擇開關決定要執行感測與紀錄功能，或是資料傳送功能。

如果選擇為執行感測與記錄功能，則依據事先設定的擷取頻率來設定內部的計時器參數，然後致能Slave I2C和計時器中斷功能。感測器的電壓擷取是由計時器中斷來啟動，以達到固定頻率擷取的功能。所以當計時器中斷發生時，即開始進行感測器電壓的A/D轉換，並且將轉換結果寫入EEPROM內。如果是Slave I2C中斷發生，代表有外部裝置來讀取感測器資料，則從特定記憶體位置，將最新轉換的感測器資料經由硬體的I2C BUS傳送出去。

如果選擇為資料傳送功能，則先完成軟體UART的設定，然後等待連線電腦的下載命令。接收到下載命令後，開始依序從EEPROM中讀出儲存的資料，然後轉從UART傳送出去。當EEPROM的資料完全讀取與傳送完畢後，則回到等待命令的狀態。

《圖三　軟體架構》

製作與測試

上述規劃的電路首先在麵包板上配線與測試。在麵包板上建構的電路及軟體如果確認可以正常工作，再移到電路板上製作。以盛群的模擬器HT-ICE來模擬HT46R24運作，電源可暫時由模擬器提供，所以在初步測試階段，微控制器的震盪、重置及電源電路並不需要。壓力感測器均屬於SMD元件，無法直接插在麵包板上，所以先焊接於小塊的電路板，將需要的接腳引線連接排針，才能用在麵包板上測試。

經由實際的測試，證實本專題製作的飛行紀錄器可成功執行飛行過程的速度、壓力及溫度值。不過，依據感測器規格表提供的資料來計算相關物理量之結果，有較大的誤差。若在硬體中增加調整電路，或在程式中增加校正值紀錄與A/D轉換值修正的功能，並且配合其他標準壓力及溫度控制設備進行校正，則可以提高本作品的準確性與可靠性。此為後續改善與發展的方向。

---本文由盛群半導體提供；作者曾信欽為空軍航空技術學院飛機工程系二技部學生、江志煌為空軍航空技術學院飛機工程系助理教授---