一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，采用双余度传感器，为高精度的挂载MTI和低精度的板载组合传感器，高精度的差分GPS和低精度的气压计。本实用新型专利技术采用双余度传感器，提高固定翼无人机飞行的可靠性与安全性；加入地面站与无线数传模块，可以随时修改自动飞行的航线；加入EEPROM模块，可以记录航点信息和飞行状态，便于观测。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，属于固定翼无人机的控制

技术介绍
中小型固定翼无人机目前广泛应用在国土勘测和森林防火等领域，但由于固定翼稳定操纵较难，一套可自主飞行的飞行控制系统的设计十分必要目前固定翼无人机的姿态传感器和高度传感器多采用单模块设计。而姿态传感器和高度传感器是无人机自动飞行的核心部分，两个模块出现问题，无人机将会无法按照既定轨迹飞行，高度信息出错，会导致高度控制出错导致无人机的失速，从而可靠性与安全性降低。因此，解决上述问题是迫切需要的。
技术实现思路
针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，本技术提供一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，提高了无人机的可靠性和安全性。本技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本技术提供一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于，包括机载部分和地面站部分；所述机载部分包括固定翼无人机机体、飞行机构、飞行控制单元、遥控器接收机、传感器模块、无线数传模块、电池模块；所述飞行机构包括电子调速器、电机、桨叶、舵机，其中，桨叶安装在电机上；电机位于固定翼无人机机头前端，并通过电子调速器与飞行控制单元连接；舵机通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元连接，用来控制升降舵、副翼、方向舵；所述传感器模块包括MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计；所述飞行控制单元分别与MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计、遥控器接收机、无线数传模块、电池模块连接；所述地面站部分包括控制模块、地面无线数传模块和遥控器，其中，地面无线数传模块与机载部分的无线数传模块进行无线通讯。作为本技术的进一步优化方案，所述电机通过连杆机构与固定翼无人机连接。作为本技术的进一步优化方案，所述MIT姿态传感器采用挂载的方式，通过UART与飞行控制单元相连接。作为本技术的进一步优化方案，所述六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器和气压计采用板载的方式，通过I2C总线与飞行控制单元连接。作为本技术的进一步优化方案，无线数传模块通过UART串口与飞行控制单元连接，空速计模块通过I2C总线与飞行控制单元连接。作为本技术的进一步优化方案，还包括通过I2C总线与飞行控制单元连接的EEPROM模块。本技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)采用双余度传感器，提高固定翼无人机飞行的可靠性与安全性；(2)加入地面站与无线数传模块，可以随时修改自动飞行的航线；(3)加入EEPROM模块，可以记录航点信息和飞行状态，便于观测。附图说明图1是本技术的结构框图。具体实施方式下面结合附图对本技术的技术方案做进一步的详细说明：本技术公开一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，包括机载部分和地面站部分；所述机载部分包括固定翼无人机机体、飞行机构、飞行控制单元、遥控器接收机、传感器模块、无线数传模块、电池模块；所述飞行机构包括电子调速器、电机、桨叶、舵机，其中，桨叶安装在电机上；电机位于固定翼无人机机头前端，通过电子调速器与飞行控制单元连接；舵机用来控制升降舵、副翼、方向舵，通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元连接；所述传感器模块包括MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计；所述飞行控制单元分别与MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计、遥控器接收机、无线数传模块、电池模块连接；所述地面站部分包括控制模块、地面无线数传模块和遥控器，其中，地面无线数传模块与机载部分的无线数传模块进行无线通讯。本技术采用常规布局的固定翼无人机机体结构，包括一个电子调速器、一个电机、一个桨叶、五个舵机，五个舵机用来控制两个升降舵、两个副翼、一个方向舵，通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元连接。固定翼无人机的飞行轨迹及飞行速度由电机及副翼、升降舵、方向舵控制。电机转动提供无人机飞行的前进动力，副翼、升降舵、方向舵用来控制无人机的高度、航向。一、飞行控制系统的硬件实现和结构原理如图1所示，该固定翼无人机的飞行控制系统，包括机载部分和地面站控制部分。机载部分和地面站的通信有两种方式，即2.4GHz的FUTABA遥控器无线通信和915MHz无线传输模块通信。FUTABA遥控器是日本双叶电子工业株式会社生产的一款航模通用的遥控器，与该品牌接收机配套使用。航模操纵者可以通过拨动遥控器上的一些拨杆，各拨杆所处的不同位置对应于不同的行程，能产生具有不同脉宽的各通道遥控PWM信号。无线数传模块传输频率为915MHz，最大传输距离为700m，分为两个模块，分别是Air模块(串口)用于飞行器搭载，Ground模块(USB接口)用于地面连接电脑使用。本专利技术的机载部分包括飞行控制单元(CPU)、传感器模块、无线数传模块、电源模块、遥控接收机。电机及舵机，通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元(CPU)连接；六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、EEPROM、空速计通过I2C总线与飞行控制单元(CPU)连接；无线数传模块通过UART串口与飞行控制单元(CPU)连接；MTI、差分GPS通过USART串口与飞行控制单元(CPU)连接；地面站控制部分的地面无线数传模块与机载部分的无线数传模块进行数据通讯；遥控器接收机通过UART串口(采用SBUS协议)与飞行控制单元(CPU)连接；电源模块通过AD接口与飞行控制单元相连。(1)飞行控制计算机硬件设计本专利技术的飞行控制单元采用32位浮点型单片机，控制器为STM32F407。控制器STM32F407是基于252MIPS的Cortex-M4架构的32位单片机，时钟频率高达168MHZ，其丰富的硬件接口资源(4个USART，2个USAT，3个I2C，3个SPI，3个12位AD，2个CAN等等)及功能强大的DMA控制方式，充分保证固定翼无人机控制系统的稳定性和实时性。以下对飞行控制计算机详细描述：飞行控制单元，集飞控、导航、与地面站通信功能于一身。主要负责读取遥控器、MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计的数据，同时负责与地面站进行无线数据传输，其功能是根据接收到的遥控器、MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计的数据，实时计算航线给予固定翼无人机导航和飞行控制，并输出控制指令给电子调速器，从而控制电机的转速并将控制指令给舵机控制舵面。本技术中，姿态传感器飞行采用高低搭配双余度，在正常飞行时，由挂载的MTI提供姿态和航向数据，板载的航姿传感器(六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器的组合)模块作为备份和比较监控信号。飞行控制单元不断检测MTI的数据，当数据丢失或者数据一直不变时，视为MTI模块出现故障时，由板载的航姿传感器提供姿态和航向数据，保证固定翼无人机的稳定飞行。高度信息同样采用高低精度双余度控制，虽然差分GPS接收数据精度高，误差在10cm内，可是数据依赖基站，数据有丢失的可能性，故采用低精度的气压计高度作为备份和监控。当差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于，包括机载部分和地面站部分；所述机载部分包括固定翼无人机机体、飞行机构、飞行控制单元、遥控器接收机、传感器模块、无线数传模块、电池模块；所述飞行机构包括电子调速器、电机、桨叶、舵机，其中，桨叶安装在电机上；电机位于固定翼无人机机头前端，通过电子调速器与飞行控制单元连接；舵机用来控制升降舵、副翼、方向舵，通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元连接；所述传感器模块包括MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计；所述飞行控制单元分别与MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计、遥控器接收机、无线数传模块、电池模块连接；所述地面站部分包括控制模块、地面无线数传模块和遥控器，其中，地面无线数传模块与机载部分的无线数传模块进行无线通讯。

【技术特征摘要】
1.一种双余度传感器的固定翼无人机自动飞行控制系统，其特征在于，包括机载部分和地面站部分；所述机载部分包括固定翼无人机机体、飞行机构、飞行控制单元、遥控器接收机、传感器模块、无线数传模块、电池模块；所述飞行机构包括电子调速器、电机、桨叶、舵机，其中，桨叶安装在电机上；电机位于固定翼无人机机头前端，通过电子调速器与飞行控制单元连接；舵机用来控制升降舵、副翼、方向舵，通过PWM输出驱动电路与飞行控制单元连接；所述传感器模块包括MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计；所述飞行控制单元分别与MIT姿态传感器、六自由度姿态传感器、三自由度磁场传感器、气压计、差分GPS、空速计、遥控器接收机、无线数传模块、电池模块连接；所述地面站部分包括控制模块、地面无线数传模块和遥控器，其中，地面无线数传模块与机载部分的无线数传模块进行无线通讯。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘翎予，王新华，李腾，郑宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32