本发明专利技术涉及一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置。本发明专利技术包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块。无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源。本发明专利技术集机身姿态控制、飞行高度检测、无线收发等功能于一体，机体飞行具有可靠稳定性与操控性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号检测
，涉及一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置。
技术介绍
四桨、非共轴多旋翼飞行器，简称四轴飞行器，是典型的并且完全利用电子控制手段取代机械控制手段的飞行器之一。四轴飞行器以电机带动旋翼作为驱动形式，其空气动力学原理与传统固定翼飞行器及基于桨距控制的直升机系统在动力来源和姿态控制两方面有很大区别。四轴飞行器彻底抛弃了传统飞行器复杂的机械控制部件，采用微传感器及微处理器构成的飞行控制系统，相当程度上简化了飞行器结构和重量，也降低了制造 成本及装配难度。除此以外，其独特的空气动力学原理也使之具备了垂直起降能力，能够轻松驾驭在此之前其他类型飞行器难以完成的任务。正是由于在隐蔽性、垂直起降、定点悬停和低速飞行等方面四轴飞行器所体现出的强大优势，因而在军事领域和民用领域都显示出了极高的研究和应用价值，已经成为目前最有潜力的微型飞行器之一。但与此同时，四轴旋翼飞行器具有非线性、强耦合、极为复杂和特殊的动力学特性和飞行姿态，等一系列特性，加上旋翼的弹性形变、振动、机身自旋等问题，也成为该驱动方式需要克服的。贯流风机，又称横流风机，是一类特殊风机，叶轮为多叶式、长圆筒形，具有前向多翼形叶片，具有结构简单、体积小、产生的气流平稳、动压系数较高等特点，近来被广泛应用于家用电器和空调设备等低压通风换气的场合。贯流风机相比于旋翼作为驱动方式拥有多项优势由于轴向长度不受限制，可以根据不同的使用需要任意选择叶轮的长度，调整动力；气流贯穿叶轮流动，受叶片两次力的作用，因而能到达的距离更远；无紊流，出风均匀；风道既能保护叶片，也防止飞行中叶片伤人。目前国外诸多高校、研究团体和商业机构主要对多旋翼飞行器及其应用进行大量密集的研究和探索，如美国的宾夕法尼亚大学、斯坦福大学、麻省理工学院都拥有自主研发的四轴飞行器。以手机周边无线产品著名的美国Parrot公司更是推出了 Ar Drone :这是一款操作简单，容易上手，支持iPod touch/iPhone/iPad遥控的四螺旋桨直升机。而与形成鲜明对比的是，我国无论在科研还是商业领域都鲜有关于多旋翼飞行器报道，甚至市面上的飞行器控制板也多是针对航空模型爱好者的多旋翼四轴飞行器。它们大多使用了低成本、低精度传感器，难以达到专业惯性制导单元的精度和可靠性，因而在抗外力扰动、操控性等方面无法满足实际要求。同时，这些产品往往不具备或只具备极为简单的导航方式，仅能在肉眼的可视范围内使用手动遥控控制飞行，还远未达到具有商用和军事价值的程度。
技术实现思路
本专利技术针对现有四轴飞行器控制装置对贯流风机驱动的控制以及不足，提供了一种平衡稳定控制装置。本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口 /SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块。无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口 /SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源。所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、 第十电容C10、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BTl ;第四电阻R4 —端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚B00T1相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻RlO —端与数字地DGND相连,另一端与第一微处理器U3的60脚Β00Τ0相连；第十三电阻R13 —端与第一微处理器U3的5脚0SC-IN、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连，另一端与第一微处理器U3的6脚0SC-0UT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9 一端与第一微处理器U3的4脚0SC32-0UT、第一晶振Yl的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容ClO —端与第一微处理器U3的3脚0SC32-IN、第一晶振Yl的另一端相连,另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND ;第十六电容C16的另一端与数字地⑶ND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BTl —端与第一微处理器U3的I脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U3的型号是STM32F103RCT6。所述机身姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块。机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一Z轴向固定接口 U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三^^一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48 ;第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的I端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连,另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro-CHl、第三^ 电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单元U9的I脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连,另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三i^一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单元U9的4脚OUT相连。第二角速度检测单元Ul I的3脚VCC端与模拟电本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置，包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块，其特征在于：无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源；所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容C10、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BT1；第四电阻R4一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚BOOT1相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻R10一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的60脚BOOT0相连；第十三电阻R13一端与第一微处理器U3的5脚OSC?IN、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连，另一端与第一微处理器U3的6脚OSC?OUT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9一端与第一微处理器U3的4脚OSC32?OUT、第一晶振Y1的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容C10一端与第一微处理器U3的3脚OSC32?IN、第一晶振Y1的另一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND；第十六电容C16的另一端与数字地GDND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BT1一端与第一微处理器U3的1脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U3的型号是STM32F103RCT6；所述机身姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块；机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一Z轴向固定接口U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48；第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的1端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连，另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro?CH1、第三十一电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单元U9的1脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连，另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三十一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单元U9的4脚OUT相连；第二角速度检测单元U11的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第二角速度检测单元U11的2脚GND端与模拟地AGN...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓东，胡琦逸，邹洪波，陈云，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
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