一种无人机控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种无人机控制系统，包括机载飞控系统和地面遥控系统，机载飞控系统包括飞行控制处理器、传感器模块、电源模块、无线通讯模块、执行机构以及接收机，传感器模块包括定位传感器、高度传感器和姿态传感器，定位传感器的输出端、高度传感器的输出端和姿态传感器的输出端均与飞行控制处理器的输入端连接；电源模块的电源输出端连接飞行控制处理器的电源输入端；飞行控制处理器的输出端连接执行机构，无线通讯模块分别连接飞行控制处理器和地面遥控系统，接收机的输入端连接地面遥控系统的输出端，接收机的输出端连接飞行控制处理器的输入端。本实用新型专利技术提高了无人机飞行的可靠性，可广泛应用于无人机技术领域。可广泛应用于无人机技术领域。可广泛应用于无人机技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机控制系统


[0001]本技术涉及无人机
，尤其是一种无人机控制系统。

技术介绍

[0002]飞行控制系统是无人机系统的核心组成部分，其性能直接影响着无人机的飞行性能和飞行品质，直接关系到了无人机的飞行安全。多旋翼无人机可实现垂直起降、定点悬停等功能，而且控制简单，操作简易，对周围环境的要求较低。与传统的单旋翼直升机相比，多旋翼无人机采用更为简单的机械结构，降低了维护成本和简化了设计要求，每个旋翼尺寸较小，不仅减弱了飞行噪音，而且减小了与外界物体碰撞的几率。
[0003]随着无人机的应用领域越来越广，甚至能在海拔3500米以上低温、强风、微气象地区使用，但是在这种恶劣的工作环境下，无人机的操控难度较大，因此需要开发一款安全可靠、鲁棒性强的无人机控制系统。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本技术实施例提供一种可靠性高的无人机控制系统。
[0005]本技术实施例提供了一种无人机控制系统，包括机载飞控系统和地面遥控系统，所述机载飞控系统包括飞行控制处理器、传感器模块、电源模块、无线通讯模块、执行机构以及接收机，所述传感器模块包括定位传感器、高度传感器和姿态传感器，所述定位传感器的输出端、高度传感器的输出端和姿态传感器的输出端均与飞行控制处理器的输入端连接；所述电源模块的电源输出端连接飞行控制处理器的电源输入端；所述飞行控制处理器的输出端连接执行机构，所述无线通讯模块分别连接飞行控制处理器和地面遥控系统，所述接收机的输入端连接地面遥控系统的输出端，所述接收机的输出端连接飞行控制处理器的输入端。
[0006]进一步，所述定位传感器、高度传感器和姿态传感器均通过TTL串口与飞行控制处理器连接。
[0007]进一步，所述无线通讯模块通过RS232串口与飞行控制处理器连接。
[0008]进一步，所述姿态传感器由MPU
‑
6000六轴陀螺仪、MPU
‑
6000六轴陀螺仪的外围电路、HMC5883L三轴磁阻传感器以及HMC5883L三轴磁阻传感器的外围电路组成。
[0009]进一步，所述电源模块包括第一电路、第二电路和第三电路；
[0010]其中，第一电路用于将电池的化学能转换为12V电压；
[0011]第二电路用于将12V电压转换为5V电压；
[0012]第三电路用于将5V电压转换为3.3V电压。
[0013]进一步，所述飞行控制处理器包括PWM信号输出电路，所述PWM信号输出电路由TXS0102DCU芯片、TXS0102DCU芯片的外围电路、SN74LVC8T芯片以及SN74LVC8T芯片的外围电路组成。
[0014]进一步，所述飞行控制处理器为STM32F407控制器；所述姿态传感器为MTI
‑
300姿
态传感器；所述高度传感器为KS
‑
109超声波高度计；所述定位传感器为NEO
‑
M8N定位器；所述无线通讯模块为TransNET OEM900模块。
[0015]进一步，所述飞行控制处理器包括主控制器和从控制器。
[0016]上述本技术实施例中的一个技术方案具有如下优点：本技术的实施例包括机载飞控系统和地面遥控系统，所述机载飞控系统包括飞行控制处理器、传感器模块、电源模块、无线通讯模块、执行机构以及接收机，所述传感器模块包括定位传感器、高度传感器和姿态传感器，使得无人机能在海拔3500米以上低温、强风、微气象地区使用，提高了可靠性。
附图说明
[0017]图1为本技术的一种无人机控制系统的整体结构框图；
[0018]图2为本技术的无人机控制系统的细节结构框图；
[0019]图3为本技术的晶振电路的电路原理图；
[0020]图4为本技术的RC复位电路的电路原理图；
[0021]图5为本技术的GPS接口的电路原理图；
[0022]图6为本技术的RS232转TTL电路的电路原理图；
[0023]图7为本技术的外接接口与主控制器的连接电路示意图；
[0024]图8为本技术的I2C总线电路原理图。
具体实施方式
[0025]针对高海拔地区多旋翼无人机的应用场合以及任务需求，本技术设计的飞控系统需具备以下功能和性能指标：
[0026]a)具有地面站与机载飞控系统两部分，地面站负责显示机载飞控发回的飞行状态信息和当前飞行模式，并负责上传控制指令；机载飞控系统主要负责触发多旋翼无人机电机控制指令，并接收地面站发送的参数和控制指令；
[0027]b)具有性能良好的传感器，主要负责采集多旋翼无人机的姿态、高度、位置等信息。由机载计算机接收并处理读取到的数据；
[0028]c)具有多种飞行模式，可根据飞行任务需求选择多旋翼无人机飞行模式，包括姿态增稳飞行模式、定点悬停飞行模式、自动飞行模式。其中自动飞行包含自动起飞、航线飞行、降落、自动返航；
[0029]d)具有多种读取遥控器信号的方式(遥控器PPM输入和S
‑
BUS协议输入)，且能实现多种多旋翼无人机机型的飞行控制(至少支持8路PWM信号输出)；
[0030]e)具备任务扩展性，可控制外部设备执行飞行任务等；
[0031]f)具有在线调整和保存相关的控制参数，设置任务航线功能；
[0032]g)具有在异常情况下的应急处理等辅助功能，如主电源电压过低，通信链路的数据丢失等情况下的安全保护功能；
[0033]h)航向保持精度≤5
°
，飞行高度>1km；
[0034]i)航线飞行偏航距(无风情况下)2m，支持200个航点飞行；
[0035]j)定点悬停(在强风下尽量保持稳定)，水平位置精度2m，高度0.6m。基于以上分
析，本技术提出了下列飞控系统的具体设计要求：
[0036](1)飞行控制处理器
[0037]飞行控制处理器需要进行信号指令的控制，同时还需采集各传感器数据和负责与地面站的通信。对于多旋翼无人机，调节电机转速的指令周期越短，控制性能越好，已成为多旋翼无人机研究者的共识。一般飞控系统的采样频率设为100Hz，即在10ms内，飞控处理器必须完成传感器的数据处理、控制律运算、生成电机控制信号等众多任务。因此要求飞控处理器计算能力强、处理速度快。飞行控制处理器需读取各传感器数据，捕获遥控器PWM信号、输出生成电机驱动信号，还需连接无线通信设备，实现与地面站的通信，同时硬件平台还应具备一定的任务扩展性，方便后续开发与升级，因此要求处理器具有丰富的外围接口。同时，飞行控制处理器还应具备存储空间大、功耗低、体积小、重量轻，易安装等特点。
[0038](2)传感器
[0039]在满足性能指标的前提下，在经济允许的范围内，尽量选择精度较高的传感器和通信距离较远的无线通信设备。同时，传感器应尽量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机控制系统，其特征在于：包括机载飞控系统和地面遥控系统，所述机载飞控系统包括飞行控制处理器、传感器模块、电源模块、无线通讯模块、执行机构以及接收机，所述传感器模块包括定位传感器、高度传感器和姿态传感器，所述定位传感器的输出端、高度传感器的输出端和姿态传感器的输出端均与飞行控制处理器的输入端连接；所述电源模块的电源输出端连接飞行控制处理器的电源输入端；所述飞行控制处理器的输出端连接执行机构，所述无线通讯模块分别连接飞行控制处理器和地面遥控系统，所述接收机的输入端连接地面遥控系统的输出端，所述接收机的输出端连接飞行控制处理器的输入端。2.根据权利要求1所述的一种无人机控制系统，其特征在于：所述定位传感器、高度传感器和姿态传感器均通过TTL串口与飞行控制处理器连接。3.根据权利要求1所述的一种无人机控制系统，其特征在于：所述无线通讯模块通过RS232串口与飞行控制处理器连接。4.根据权利要求1所述的一种无人机控制系统，其特征在于：所述姿态传感器由MPU
‑
6000六轴陀螺仪、MPU
‑
6000六轴陀螺仪的外围电路、HMC5883L三轴磁阻传感器以及HMC58...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘鹏，李阮昭，李小平，方博，李博，张凯林，彭冲，张威，刘志勇，黄瑜，蒋龙，刘尧华，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，
类型：新型
国别省市：