CN105589469A - 使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器，包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块。wifi路由模块安装在四轴飞行器上，通过和操作设备(智能手机)之间建立wiFi局域网，实现对四个飞行控制信号(油门，偏航，前后，侧向)的接收。同时wifi路由模块通过串口与四轴飞行器主控板进行通信，将接收到的控制信号传输给飞行器主控板，实现对四轴飞行器的控制。wifi路由模块挂载了一个USB摄像头，其拍摄的视频可以在操作设备端通过wifi进行实时观看和存储。四轴飞行器的操作控制和视频显示，都集中在手机客户端，操作起来十分的简单和方便，用户体验更好。

Description

使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器

技术领域

本发明涉及一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器。

背景技术

基于四轴飞行器的视频采集设备主要用于航拍领域。由于它的尺寸较小、重量较轻、飞行平稳、具备自主导航飞行能力等等特点，其运用也越来越广泛。传统的四轴飞行器视频采集设备一般采用无线射频信号来控制飞行器，需要单独的遥控器。同时视频信号的传输也是采用无线射频的方式，不仅清晰度不高、失真较大，同时也需要额外的视频接收和显示设备，使得整个控制端过于复杂，而且携带起来非常不方便。wifi作为一种常见的无线通信方式，其稳定、传输数据量大、通信距离较远，同时也是一种十分常见的无线传输方式，广泛地集成在我们日常的电子设备之中(手机、笔记本)。wifi视频传输技术较为成熟、可以满足高清视频传输，也十分适用于四轴飞行器视频采集设备。

发明内容

针对上述所述不足，本发明的目的是公开一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器。其控制和视频信号的传输均采用wifi网络信号实现，只需要一个手机客户端，就可以完成对视频的接收和对四轴飞行器的操作，十分的简单和方便，用户体验也更好，以解决上述问题至少一个方面。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器设备，包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块，飞控板基于stm32芯片Wifi，拥有陀螺仪、加速度计外设；wifi路由采用RT5350芯片，具有8MFLASH和32MSDRAM，wifi路由模块采用开源的openwrt操作***；摄像头为最大分辨率720p的USB无驱摄像头；手机程序模块采用android***开发；通过wifi路由和手机之间建立的局域网，实现对控制信号和视频信号的传输；可以通过手机客户端实现对四轴飞行器各种运动状态的控制，在移动终端上查看四轴飞行器拍摄到的视频并且对视频信号进行存储。

飞控板部分主要用于控制四轴飞行器的各种飞行运动，主要包括垂直运动，俯仰运动，滚转运动，偏航运动，前后运动，侧向运动。四轴飞行器是一个具有6个自由度和4个输入的欠驱动***，具有不稳定和强耦合等特点，所以控制其稳定飞行也是关键。本***采用常用的PID控制算法来进行控制，主控通过计算分析陀螺仪、加速度计等采集到的数据，进行四轴飞行器控姿态的解算，和预定的四轴飞行器姿态进行比较，通过PID运算将控制量输出给四个电机完成对四轴飞行器姿态的控制。主控与wifi路由模块的通讯使用RS232串口，可以接收控制命令，并且传输四轴飞行器运行参数。四轴的运动控制主要由四个变量完成，它们分别是油门(throttle)，控制四轴飞行器的上升下降；航向(yaw)，控制四轴旋转；翻滚(roll)，控制四轴向左向右；俯仰(pitch)，控制四轴飞行器的前进后退。

Wifi路由器采用微型wifi路由模块，通过烧写OpenWRT操作***进行编程和功能修改，OpenWRT是一个嵌入式的Linux发行版，是主流路由器固件之一。路由具有USB和RS232接口，通过烧写相应的驱动程序，在USB接口上挂载一个网络摄像头，使用RS232接口和四轴主控进行通信。wifi路由器将网络摄像头拍摄到的视频传输给手机客服端，供用户查看。同时wifi路由器将手机客户端传输过来的控制命令通过串口传输给四轴主控，控制四轴飞行器进行各种飞行运动。控制命令采用表1的协议完成，采用ASC-Ⅱ码格式进行传输。

表1控制命令帧格式

附图说明

图1为本发明的总体框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明公开了一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器，主要包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块。飞控板基于stm32芯片Wifi，同时拥有陀螺仪、加速度计等外设；wifi路由采用RT5350芯片，同时具有8MFLASH和32MSDRAM，路由的操作***采用开源的openwrt操作***；摄像头为最大分辨率720p的USB无驱摄像头；手机应用程序采用android进行开发。

飞控板负责对四轴飞行器的飞行进行控制，主要包括保持飞行的稳定和接收控制命令完成预定的飞行运动。四轴飞行器是一个具有6个自由度和4个输入的欠驱动***，同时在飞行过程中空气流动等干扰都会对影响飞行的平稳，所以控制四轴平稳飞行是关键。飞控板通过陀螺仪和加速度计测量得到的数据，经过姿态解算算法得到四轴飞行器的飞行姿态。将飞行姿态作为PID控制算法的反馈量，输出合适的PWM脉冲，控制四个电机，就能实现四轴平稳飞行。在正式飞行前，需要进行PID参数整定，来得到合适的PID参数。

飞控板对控制命令的接收主要通过串口由wifi路由模块转发过来。四轴的运动控制主要由四个变量完成，它们分别是油门(throttle)，控制四轴飞行器的上升下降；航向(yaw)，控制四轴旋转；翻滚(roll)，控制四轴向左向右；俯仰(pitch)，控制四轴飞行器的前进后退。使用表1所示的通信协议，wifi路由通过串口转发由手机端传输过来的控制命令给飞控板，完成四轴飞行器运动状态的控制。

wifi路由模块负责整个四轴设备的通信和视频传输。模块主要是基于一个RT5350芯片。RT5350是一个主要用于路由和wifi热点的片上***(SOC)芯片，它以ImaginationTechnologies公司的MIPS3224KEC为核心，同时集成了wifi模块，USB模块。为了满足视频传输的要求，模块同时配备了8MFLASH和32MSDRAM。通过对RT5350烧写开源的OpenWRT固件，同时安装SER2NET网口、串口数据互转软件，实现串口的wifi网络透传；安装摄像头驱动，实现wifi视频的传输。

手机操作客户端采用java编写基于android***的应用程序。应用程序主要实现：使用wifi连接四轴飞行器端的wifi路由，构建wifi局域网；访问wifi路由端挂载的摄像头，实现对拍摄的视频进行实时显示和存储；具有摇杆、按键等操作控件，实现对四轴飞行器飞行运动进行控制；具有异常处理功能，比如当wifi断开连接时，会有报警提示，同时四轴飞行器会自动返航。

以上仅为发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器，包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块，飞控板基于stm32芯片Wifi，拥有陀螺仪、加速度计外设；wifi路由采用RT5350芯片，具有8MFLASH和32MSDRAM，wifi路由模块采用开源的openwrt操作***；摄像头为最大分辨率720p的USB无驱摄像头；手机程序模块采用android***开发；

其特征在于：通过wifi路由和手机之间建立的局域网，实现对控制信号和视频信号的传输；可以通过手机客户端实现对四轴飞行器各种运动状态的控制，在移动终端上查看四轴飞行器拍摄到的视频并且对视频信号进行存储。

2.根据权利要求1所述的四轴飞行器，其特征在于：飞控板负责对四轴飞行器的飞行进行控制，包括保持飞行的稳定和接收控制命令完成预定的飞行运动。

3.根据权利要求1所述的四轴飞行器，其特征在于：飞控板与wifi路由模块的通讯使用RS232串口，接收控制命令，并且传输四轴飞行器运行参数。

4.根据权利要求1所述的四轴飞行器，其特征在于：wifi路由模块负责整个四轴设备的通信和视频传输，采用微型wifi路由模块，通过烧写openWRT固件，实现挂载USB摄像头和串口wifi透传。

5.根据权利要求4所述的四轴飞行器，其特征在于：手机程序模块基于android操作***，手机程序模块具有摇杆、按键操作控件。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的四轴飞行器，其特征在于：wifi断开连接时，四轴飞行器自动返航。