本發(fā)明專利技術(shù)一種多螺旋槳飛行器控制裝置，包括飛行控制模塊、電機(jī)調(diào)速模塊、無(wú)線通信模塊和傳感器模塊，電機(jī)調(diào)速模塊、無(wú)線通信模塊和傳感器模塊分別與飛行控制模塊連接，本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)飛行半徑的擴(kuò)大，能確保在緊急降落情況下飛行器可向地面控制站不間斷發(fā)送位置信號(hào)等信息，便于快速回收設(shè)備，并且大量使用低功耗、低重量器件，同時(shí)采用協(xié)處理器協(xié)調(diào)工作，可以加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于微小型無(wú)人機(jī)控制領(lǐng)域，特別是一種多螺旋槳飛行器控制裝置。
技術(shù)介紹
多螺旋槳遙控飛行器是由多個(gè)螺旋槳提供動(dòng)力和升力的飛行裝置，由于其機(jī)械構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低廉、具有良好的低空低速特性，安全系數(shù)高，可作為無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載各類設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到關(guān)注，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用空間。但多螺旋槳遙控飛行裝置具有不穩(wěn)定性、非線性、強(qiáng)耦合等特性，給飛行控制帶來(lái)很大的困難，因此需要進(jìn)行大量 的試驗(yàn)和仿真研究，并采用高精度的傳感器和控制算法實(shí)現(xiàn)飛行器的實(shí)時(shí)飛行控制。申請(qǐng)?zhí)枮?01110002329. 8，名稱為“四旋翼無(wú)人飛行器的飛行控制方法和系統(tǒng)”的中國(guó)專利技術(shù)專利描述了四旋翼無(wú)人飛行器的控制子模塊和系統(tǒng)，從導(dǎo)航、通信、控制、動(dòng)力等幾個(gè)方面對(duì)飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。但該設(shè)計(jì)大多基于現(xiàn)有公開(kāi)信息，各個(gè)模塊只是簡(jiǎn)單的羅列和組合，并且該方法僅適用于四旋翼無(wú)人機(jī)。由于攜帶大量傳感設(shè)備，對(duì)無(wú)人機(jī)的載重能力和供電能力要求很高，而設(shè)計(jì)電源僅為2300mA鋰電池，飛行半徑和滯空時(shí)間非常有限。申請(qǐng)?zhí)枮?00610134368. 2，名稱為“小型無(wú)人機(jī)自主飛行控制系統(tǒng)”的中國(guó)專利技術(shù)專利通過(guò)機(jī)載控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算和通信，使小型無(wú)人機(jī)具有一定自動(dòng)飛行控制的能力。將自動(dòng)控制和地面遙感相結(jié)合，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但其無(wú)線通信方式為802. Hg，即常規(guī)的WiFi通信，通信距離很短，大約只有100米左右，大大限制了系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。而主控芯片為TI公司的F2812處理器，功耗也較大。由于功耗和通信距離的限制，將無(wú)法體現(xiàn)自主飛行控制的優(yōu)勢(shì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)飛行半徑的擴(kuò)大，能確保在緊急降落情況下飛行器可向地面控制站不間斷發(fā)送位置信號(hào)等信息，便于快速回收設(shè)備，并且大量使用低功耗、低重量器件，同時(shí)采用協(xié)處理器協(xié)調(diào)工作，可以加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的多螺旋槳飛行器控制裝置。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)目的的技術(shù)解決方案為 一種多螺旋槳飛行器控制裝置，包括飛行控制模塊、電機(jī)調(diào)速模塊、無(wú)線通信模塊和傳感器模塊，電機(jī)調(diào)速模塊、無(wú)線通信模塊和傳感器模塊分別與飛行控制模塊連接，其中，飛行控制模塊包含主控制芯片和協(xié)處理器，主控制芯片和協(xié)處理器通過(guò)I2C總線連接，電機(jī)調(diào)速模塊包括微處理器、穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋、微處理器分別與穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋相連，無(wú)線通信模塊包括射頻芯片和無(wú)線模塊，傳感器模塊包括陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口 ；飛行控制模塊的主控制芯片分別與無(wú)線通信模塊的射頻芯片和無(wú)線模塊以及電機(jī)調(diào)速模塊的微處理器相連，飛行控制模塊的協(xié)處理器分別與傳感器模塊的陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口相連。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn) (I)本專利技術(shù)采用兩種通信方式并結(jié)合自動(dòng)控制算法，實(shí)現(xiàn)飛行半徑的擴(kuò)大。(2)本專利技術(shù)同時(shí)將系統(tǒng)電源分為動(dòng)力電源和飛控電源兩部分，具備緊急自動(dòng)降落功能，確保在緊急降落情況下飛行器可向地面控制站不間斷發(fā)送位置信號(hào)等信息，便于快速回收設(shè)備。(3)本專利技術(shù)還將3G通信作為系統(tǒng)的一個(gè)輔助數(shù)據(jù)傳輸通道，將GPS軌跡點(diǎn)設(shè)定到系統(tǒng)中，大量使用低功耗、低重量器件，同時(shí)采用協(xié)處理器協(xié)調(diào)工作，加強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說(shuō)明 圖I為本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)一種多螺旋槳飛行器控制裝置，包括飛行控制模塊I、電機(jī)調(diào)速模塊2、無(wú)線通信模塊3和傳感器模塊4，電機(jī)調(diào)速模塊2、無(wú)線通信模塊3和傳感器模塊4分別與飛行控制模塊I連接，其中，飛行控制模塊I包含主控制芯片和協(xié)處理器，主控制芯片和協(xié)處理器通過(guò)I2C總線連接，電機(jī)調(diào)速模塊2包括微處理器、穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋、微處理器分別與穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋相連，無(wú)線通信模塊3包括射頻芯片和無(wú)線模塊，傳感器模塊4包括陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口 ；飛行控制模塊I的主控制芯片分別與無(wú)線通信模塊3的射頻芯片和無(wú)線模塊以及電機(jī)調(diào)速模塊2的微處理器相連，飛行控制模塊I的協(xié)處理器分別與傳感器模塊4的陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口相連。實(shí)施例 結(jié)合圖I :一種多螺旋槳飛行器控制裝置，包括飛行控制模塊I、電機(jī)調(diào)速模塊2、無(wú)線通信模塊3和傳感器模塊4，電機(jī)調(diào)速模塊2、無(wú)線通信模塊3和傳感器模塊4分別與飛行控制模塊I連接。飛行控制模塊I包含主控制芯片MSP430和協(xié)處理器STM32F103，主控制芯片MSP430和協(xié)處理器STM32F103通過(guò)I2C總線連接；主控芯片MSP430負(fù)責(zé)飛行控制相關(guān)的運(yùn)算，統(tǒng)籌管理硬件資源；協(xié)處理器STM32F103采用外設(shè)豐富的STM32系列MCU，負(fù)責(zé)傳感器設(shè)備的管理與數(shù)據(jù)采集。電機(jī)調(diào)速模塊2包括微處理器STM8、I片7805芯片構(gòu)成穩(wěn)壓電路和6片MOS管組成的三相驅(qū)動(dòng)橋、微處理器STM8分別與穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋相連；其中，三相驅(qū)動(dòng)橋的“下臂”均由微處理器STM8輸出PWM進(jìn)行控制；同時(shí)微處理器STM8還負(fù)責(zé)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)和電機(jī)電流的檢測(cè)；微處理器STM8與飛行控制模塊I的主控制芯片MSP430連接。無(wú)線通信模塊3包括2. 4G射頻芯片(A7105)和WCDMA 3G無(wú)線模塊；所述2. 4G射頻芯片通過(guò)SPI接口與主控芯片連接，WCDMA 3G無(wú)線模塊通過(guò)UART接口與主控制芯片MSP430 連接。傳感器模塊4包括陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口 ；其中，陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口分別與飛行控制模塊I的協(xié)處理器STM32F103連接。其中，微處理器還可以采用ATmegaie微處理器。飛行控制模塊I通過(guò)SPI和UART接口與無(wú)線通信模塊3接駁，同時(shí)負(fù)責(zé)電機(jī)調(diào)速模塊2的控制。協(xié)處理器與各類型傳感器相連，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與傳感設(shè)備的管理。主控制芯片與協(xié)處理器通過(guò)I2C總線連接。·飛行系統(tǒng)的控制信號(hào)由無(wú)線通信模塊3負(fù)責(zé)，在遙控飛行模式下，主要使用2. 4G射頻芯片(A7105)與地面遙控站通過(guò)進(jìn)行通信；在混合模式或自動(dòng)模式下，可以通過(guò)WCDMA3G無(wú)線模塊與地面站通信，由于3G通信通過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)，控制信號(hào)存在不同程度的延時(shí)，因此飛行控制系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有各種故障模式預(yù)案，在無(wú)控制信號(hào)情況下，可自行降落或返航。電機(jī)調(diào)速模塊有一個(gè)獨(dú)立的微處理器STM8，負(fù)責(zé)與飛行主控制芯片進(jìn)行通信。同時(shí)進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)電流檢測(cè)，通過(guò)運(yùn)算輸出PWM信號(hào)控制三相驅(qū)動(dòng)橋。飛行控制模塊I是系統(tǒng)的核心，選擇低功耗高可靠的MSP430系列芯片作為主控芯片，并選取一個(gè)外設(shè)豐富的STM32F103芯片作為協(xié)處理器，將任務(wù)合理分配，增強(qiáng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，避免單控制芯片的高邏輯復(fù)雜度。飛行控制需要多種傳感器的實(shí)時(shí)參數(shù)，陀螺儀為系統(tǒng)提供姿態(tài)參數(shù)，加速度傳感器可提供加速度參數(shù)，高度計(jì)向系統(tǒng)反饋飛行高度，GPS裝置為飛行提供導(dǎo)航或軌跡飛行服務(wù)，同時(shí)協(xié)處理器STM32F103預(yù)留SPI或者I2C接口以便于接入更多的傳感器。控制流程地面遙控站發(fā)送無(wú)線控制信號(hào)，無(wú)線通信模塊3接收到信號(hào)后將數(shù)據(jù)傳送到飛行控制模塊1，主控制芯片MSP430通過(guò)計(jì)算來(lái)自協(xié)處理器STM32F103的傳感器信息，輸出控制信號(hào)到電機(jī)調(diào)速模塊2控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。飛行器會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多螺旋槳飛行器控制裝置，其特征在于，包括飛行控制模塊（1）、電機(jī)調(diào)速模塊（2）、無(wú)線通信模塊（3）和傳感器模塊（4），電機(jī)調(diào)速模塊（2）、無(wú)線通信模塊（3）和傳感器模塊（4）分別與飛行控制模塊（1）連接，其中，飛行控制模塊（1）包含主控制芯片和協(xié)處理器，主控制芯片和協(xié)處理器通過(guò)I2C總線連接，電機(jī)調(diào)速模塊（2）包括微處理器、穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋、微處理器分別與穩(wěn)壓電路和三相驅(qū)動(dòng)橋相連，無(wú)線通信模塊（3）包括射頻芯片和無(wú)線模塊，傳感器模塊（4）包括陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口；飛行控制模塊（1）的主控制芯片分別與無(wú)線通信模塊（3）的射頻芯片和無(wú)線模塊以及電機(jī)調(diào)速模塊（2）的微處理器相連，飛行控制模塊（1）的協(xié)處理器分別與傳感器模塊（4）的陀螺儀、加速度傳感器、高度計(jì)、GPS裝置以及傳感器預(yù)留接口相連。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉立陽(yáng)，郭昊坤，馮凱，應(yīng)展烽，萬(wàn)萌，吳軍基，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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