一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，包括设置于飞行器上的主控制器、数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置，以及设置于飞行器监控室内、与无线通讯装置无线连接的上位机，所述数据采集装置设置于飞行器内部，执行机构驱动装置位于飞行器的旋翼底部，无线通讯装置位于飞行器的上端，所述数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置均与主控制器电气连接。通过设置数据采集装置，对飞行器的姿态进行进行实时监控，使飞行器按照既定的姿态运动，飞行姿态控制精度高；增设ZigBee无线通讯装置，实现用上位机实时监测飞行器姿态的功能。与传统的飞行器相比可大大降低系统的开发成本、节约资源。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，包括设置于飞行器上的主控制器、数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置，以及设置于飞行器监控室内、与无线通讯装置无线连接的上位机，所述数据采集装置设置于飞行器内部，执行机构驱动装置位于飞行器的旋翼底部，无线通讯装置位于飞行器的上端，所述数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置均与主控制器电气连接。通过设置数据采集装置，对飞行器的姿态进行进行实时监控，使飞行器按照既定的姿态运动，飞行姿态控制精度高；增设ZigBee无线通讯装置，实现用上位机实时监测飞行器姿态的功能。与传统的飞行器相比可大大降低系统的开发成本、节约资源。【专利说明】—种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器
本技术涉及飞行器控制领域，具体涉及一种基于基于嵌入式的四旋翼自主飞行器。
技术介绍
早在上个世纪中叶，微小型多旋翼飞行器已经受到海外一些研究机构的瞩目，但多旋翼飞行器一般尺寸较小，负载能力相对较差，无法搭载传统的高精度传感器。直到本世纪初，MEMS传感器技术的发展使微小型多旋翼飞行器的研究得到突破。现有四旋翼飞行器技术中，大多采用普通单片机作为主控制器，功耗大，且外设资源少，这与飞行器要求的功耗低，重量轻，简单设计相悖，从而阻碍了飞行器的发展。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，该飞行器与传统的飞行控制器相比，大大降低了系统的开发成本、节约资源，且整个飞行器的结构简单、重量轻、且功耗低、外设资源少，并且实现了四旋翼飞行器的姿态控制精确度，提高了飞行器飞行的稳定性。本技术提供了一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，包括设置于飞行器上的主控制器、数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置，以及设置于飞行器监控室内、与无线通讯装置无线连接的上位机，所述数据采集装置设置于飞行器内部，执行机构驱动装置位于飞行器的旋翼底部，无线通讯装置位于飞行器的上端，所述数据采集装置、执行机构驱动装置、无线通讯装置均与主控制器电气连接。本技术的进一步改进在于:所述数据采集装置包括MEMS陀螺仪、三轴加速度传感器、全向磁场传感器以及静压高度计，分别采集飞行器飞行过程中的角速度、加速度、磁阻以及气压高度信号，从而实现飞行器飞行姿态精确控制性。本技术的进一步改进在于:所述MEMS陀螺仪的数量为3只、采用ADIS16100数字陀螺，3个MEMS陀螺仪按X-Y-Z轴两两垂直的方式安装于飞行器前端，其中X、Y、Z轴分别检测滚转、俯仰、偏航角速率；所述三轴加速度传感器为LIS3LV02DL三轴数字加速度计，位于飞行器底部；所述全向磁场传感器采用HMC5833L三轴磁强计，位于飞行器后端，用于锁定航向，与三轴加速度传感器组合成的电子罗盘用于为飞行器导航提供可靠的高精度方向信息；所述静压高度计采用MS5540C静压高度计，最高精度达15 cm，测量精度高，位于飞行器三轴加速度传感器右侧，从而获取飞行器当前的经纬度坐标、高度、速度信息；LIS3LV02DL三轴数字加速度计和MEMS陀螺仪螺通过SPI接口与STM32F103C8T6进行通讯，HMC5833L三轴磁强计通过简易的I2C总线与STM32F103C8T6相连接。从而保障飞行器飞行姿态的控制精确性。本技术的进一步改进在于:所述主控制器以STM32F103C8T6 ARM7处理器为控制核心，所述无线通讯装置为ZigBee无线通讯装置，采用STM32F103C8T6 ARM7处理器具有高性能、低成本、低功耗优点的嵌入式处理器，采用该处理器使得整个飞行器外设资源少、结构简单，重量轻、且功耗低；通过ZigBee无线通讯装置将飞行器的通讯数据实时发送至PC上位机，以便进行实时监测飞行器姿态。本技术的进一步改进在于:所述PC上位机采用MCGS。即监视与控制通用系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。本技术的进一步改进在于:所述执行机构驱动装置包括无刷电机、与无刷电机相匹配的无刷电调；所述无刷电调采用SKYWALKER 20A无刷电调，持续输出20A电流，短时电流25A，针对四旋翼飞行器采用无刷电机，无刷电机具有更大的动力、更长的飞行时间、更高的使用效率、更长的使用寿命、并且具有噪音小、抗干扰强的优点，提高飞行器的稳定性。本技术的进一步改进在于:所述无刷电机和无刷电调均为四个，分别位于飞行器的四个旋翼底部，无刷电调的信号端分别与控制核心STM32F103C8T6 ARM7处理器的任意四个GPIO 口相连。本技术的进一步改进在于:所述控制核心STM32F103C8T6 ARM7处理器的第42引脚PB6、第43引脚PB7两个GPIO 口复用为SCL、SDA,并通过这两根总线与HMC5833L三轴磁强计的SCL与SDA相连，STM32F103C8T6通过RXD接收ZigBee发来的信号，通过TXD发送数据给ZigBee,从而实现数据的双向传输。本技术的进一步改进在于:所述控制核心STM32F103C8T6 ARM7处理器的第30引脚PA9、第31引脚PAlO分别复用为TXD、RXD，两个引脚与ZigBee无线通讯装置的RXD、TXD相连。本技术有益效果:通过数据采集装置:3只MEMS陀螺仪、三轴加速度传感器和全向磁场传感器以及静压高度计，对飞行器的姿态进行进行实时监控，使飞行器按照既定的姿态运动，飞行姿态控制精度高；通过在飞行器上增设ZigBee无线通讯装置，从而实现了用上位机实时监测飞行器姿态的功能。采用以STM32系列处理器中的STM32F103C8T6微处理器为控制核心的飞行器与传统的飞行器相比可大大降低系统的开发成本、节约资源，且整个飞行器的结构简单、重量轻、且功耗低、外设资源少，并且实现了四旋翼飞行器的姿态控制精确度，提高了飞行器飞行的稳定性。本技术结构简单、功耗低，能有效、精确、稳定的控制飞行器的飞行姿态，且飞行时间长、使用寿命长，同时实现上位机实时监测。【专利附图】【附图说明】图1为本技术的结构示意图。图2为本技术的系统结构框图。图3为本技术中的HMC5833L三轴磁强计与STM32F103C8T6微处理器的电气连接图。图4为本技术中的STM32F103C8T6微处理器与ZigBee无线数据装置的电气连接图。其中:1-主控制器，2-数据采集装置，3-执行机构驱动装置，4-无线通讯装置，5-上位机，6-MEMS陀螺仪，7-三轴加速度传感器，8-全向磁场传感器，9-静压高度计，10-旋翼。【具体实施方式】为了加深对本技术的理解，下面将结合实施例对本技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本技术，并不构成对本技术保护范围的限定。如图1-4所示，本实施例提供了一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，包括设置于飞行器上的主控制器1、数据采集装置2、执行机构驱动装置3、无线通讯装置4，以及设置于飞行器监控室内、与无线通讯装置4无线连接的上位机5，所述数据采集装置2设置于飞行器内部，执行机构驱动装置3位于飞行器的旋翼10底部，无线通讯装置4位于飞行器的上端，所述数据采集装置2、执行机构驱动装置3、无线通讯装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式的四旋翼自主飞行器，其特征在于：包括设置于飞行器上的主控制器（1）、数据采集装置（2）、执行机构驱动装置（3）、无线通讯装置（4），以及设置于飞行器监控室内、与无线通讯装置（4）无线连接的上位机（5），所述数据采集装置（2）设置于飞行器内部，执行机构驱动装置（3）位于飞行器的旋翼（10）底部，无线通讯装置（4）位于飞行器的上端，所述数据采集装置（2）、执行机构驱动装置（3）、无线通讯装置（4）均与主控制器（1）电气连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孟元，谢义建，陶明，冯光辉，袁苑，朱枫，吕亚运，汪鹏，方华健，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34