CN105807779A - 一种无人机飞行控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种无人机飞行控制***及方法，***包括MCU中心控制模块、机载传感器模块、数据记录及导出存储模块、飞行状态指示模块。控制方法包括如下步骤：1、机载传感器模块用以采集数据，并通过CAN总线传输给MCU中心控制***；2、MCU中心控制***将传感器的数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；3、MCU中心控制***将飞行的控制命令发送到无人机的舵机组，所述无人机的舵机组根据飞行控制***的飞行控制指令进行飞行，等。本发明的***结构简单，体积小，质量轻，同时功能多样；即插即用；保证了无人机飞行控制***稳定性及鲁棒性；实现无人机飞行的稳定控制；所述无人机飞行控制方法操作简洁明了。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行控制领域，尤其涉及一种无人机飞行控制***及方法。
背景技术
无人机即无人驾驶飞行器，无人机采用卫星定位、遥感、地理空间、航空航天、自动控制、计算机辅助分析等高新技术，可服务于国土、测绘、林业、交通、水利及军事等多个领域。
无人机的飞行控制装置主要执行无人机的飞行姿态计算、飞行航线控制、飞行数据反馈，以及在飞行过程中执行相关的飞行任务，从结构分工角度看，飞行控制***就是无人机的行动中枢，其稳定性决定着无人机整个飞行过程的安全性。
当前无人机所应用的控制***都是单自动驾驶控制***，是基于电子元器件开发制作的，而电子元器件在某些环境下(如温度、气压、湿度、灰尘、电磁环境、振动、电压、电流、卫星定位***信号变化、程序计算错误等)会出现一些问题，而一个小小的问题即有可能带来无人机不可修复性的损坏，甚至有可能对外界事物造成破坏。
为此我们设计了一种无人机飞行控制***及方法，通过检测三轴姿态角(或角速率)以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，并将状态信息，实时监测无人机的飞行状态，从而可以及时作出反应和准确的命令，降低了无人机发生飞行错误的几率，实现无人机的稳定控制。
发明内容
本发明提供一种无人机飞行控制***，包括MCU中心控制模块、机载传感器模块、数据记录及导出存储模块、飞行状态指示模块；
所述MCU中心控制模块，包括飞行控制器，飞行控制器接收来自于机载传感器模块的数据，通过传感器信息数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
所述机载传感器模块包括IMU、三轴磁罗盘、GPS、气压计、电压检测单元、电流检测单元和PWM输入检测单元；机载传感器模块用于实时采集获取无人机的飞行状态信息，可采集到的数据有三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，并将状态信息通过本地总线发送给MCU中心控制模块；
所述数据记录及导出存储模块包括USB数据导出单元、SD卡设备、GPRS数据云传输单元；用于将飞行相关的传感器数据以及控制数据存储在机载端本地，客户可根据该数据对飞行状态质量信息进行分析；
所述飞行状态指示模块为航灯，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警；
所述无人机的舵机组根据MCU中心控制模块的飞行控制指令进行飞行；
所述IMU是测量物体三轴姿态角或角速率，以及加速度的装置，由此获取惯导数据；
所述三轴磁罗盘用以指示三轴方位；
所述GPS用来定位；
所述电压检测单元，用来检测电压；
所述电流检测单元，用来检测电流；
所述PWM输入检测单元用来监测当前无人机运动状态，并通过PWM输出控制无人飞行的舵机等驱动单元，实现无人机的飞行控制。
进一步，所述MCU中心控制模块、所述机载传感器模块、数据记录及导出存储模块和飞行状态指示模块之间，采用CAN总线的方式进行通信。
进一步，所述***还包括遥控器和地面站，所述遥控器、地面站与飞行控制器及无人机之间采用无线链路的方式进行通信。
进一步，所述地面站用于获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机MCU中心控制模块的飞行控制器，以实现基于地面端数据的控制飞行。
一种无人机飞行控制***的控制方法，包括如下步骤：
第一步，机载传感器模块用以采集三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，以及电源的输出电压的数据，并通过CAN总线传输给MCU中心控制模块；
第二步，MCU中心控制模块将传感器的数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
第三步，MCU中心控制模块将飞行的控制命令发送到无人机的舵机组，所述无人机的舵机组根据飞行控制***的飞行控制指令进行飞行；
第四步，机载传感器模块通过CAN总线传输给飞行状态指示模块，用航灯来指示以上所述的飞行的状态信号；
第五步，机载传感器模块通过CAN总线传输给数据记录及导出存储模块，将以上所述的飞行的状态信息通过USB导出并传输、或直接存储到SD卡设备中，通过GPRS数据云传输进行保存；
第六步，MCU中心控制模块可通过无线链路经遥控器控制无人机的舵机组；
第七步，通过地面站获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机，以实现基于地面端数据的控制飞行。
本发明的有益效果是：本发明所述的一种无人机飞行控制***及方法，具有如下优点：
1)无人机飞行控制***结构简单，体积小，质量轻，同时功能多样；
2)采用CAN总线化结构设计，各功能子***采用模块化设计思想，即插即用；
3)采用实时操作***架构，保证了无人机飞行控制***稳定性及鲁棒性；
4)MCU中心控制模块将传感器的数据融合后发出指令，实现了无人机飞行的稳定控制；
5)所述无人机飞行控制方法，步骤操作简洁明了，易操作。
附图说明
图1为本发明所述的一种无人机飞行控制***的***框图。
具体实施方式
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
一种无人机飞行控制***，包括MCU中心控制模块、机载传感器模块、数据记录及导出存储模块、飞行状态指示模块；
所述MCU中心控制模块，包括飞行控制器，飞行控制器接收来自于机载传感器模块的数据，通过传感器信息数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
所述机载传感器模块包括IMU、三轴磁罗盘、GPS、气压计、电压检测单元、电流检测单元和PWM输入检测单元；机载传感器模块用于实时采集获取无人机的飞行状态信息，可采集到的数据有三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，并将状态信息通过本地总线发送给MCU中心控制模块；
所述的MCU中心控制模块即微控制单元(MicrocontrollerUnit；MCU)，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(CentralProcessUnit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，适用于不同场合的应用控制。
所述数据记录及导出存储模块包括USB数据导出单元、SD卡设备、GPRS数据云传输单元；用于将飞行相关的传感器数据以及控制数据存储在机载端本地，客户可根据该数据对飞行状态质量信息进行分析；
所述飞行状态指示模块为航灯，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警；
所述无人机的舵机组根据MCU中心控制模块的飞行控制指令进行飞行；
所述IMU(InertialMeasurementUnit，惯性测量单元)是测量物体三轴姿态角或角速率，以及加速度的装置，由此获取惯导数据；
所述三轴磁罗盘用以指示三轴方位；
所述GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位***)，用来定位；
所述电压检测单元，用来检测电压；
所述电流检测单元，用来检测电流；
所述PWM输入检测单元用来监测当前无人机运动状态，并通过PWM输出控制无人飞行的舵机等驱动单元，实现无人机的飞行控制；
进一步，所述MCU中心控制模块、所述机载传感器模块、数据记录及导出存储模块和飞行状态指示模块之间，采用CAN总线的方式进行通信。
进一步，所述***还包括遥控器和地面站，所述遥控器、地面站与飞行控制器及无人机之间采用无线链路的方式进行通信。
进一步，所述地面站用于获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机MCU中心控制模块的飞行控制器，以实现基于地面端数据的控制飞行。
一种无人机飞行控制***的控制方法，包括如下步骤：
第一步，机载传感器模块用以采集三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，以及电源的输出电压的数据，并通过CAN总线传输给MCU中心控制模块；
第二步，MCU中心控制模块将传感器的数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
第三步，MCU中心控制模块将飞行的控制命令发送到无人机的舵机组，所述无人机的舵机组根据飞行控制***的飞行控制指令进行飞行；
第四步，机载传感器模块通过CAN总线传输给飞行状态指示模块，用航灯来指示以上所述的飞行的状态信号；
第五步，机载传感器模块通过CAN总线传输给数据记录及导出存储模块，将以上所述的飞行的状态信息通过USB导出并传输、或直接存储到SD卡设备中，通过GPRS数据云传输进行保存；
第六步，MCU中心控制模块可通过无线链路经遥控器控制无人机的舵机组；
第七步，通过地面站获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机，以实现基于地面端数据的控制飞行。
所述无人机控制***基于μC/OS-II提供的***调度为基础，根据无人机直升机飞行控制工作原理，通过采集的传感器信息、存储的相关状态和数据以及无线电测控终端发过来的上行遥控或地面站规划的指令与数据，经判断、运算和处理之后，输出指令给伺服执行机构即舵机***，控制操纵无人机的舵面、发动机的油门，以控制无人机的飞行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种无人机飞行控制***，其特征在于，包括MCU中心控制模块、机载传感器模块、数据记录及导出存储模块、飞行状态指示模块；
所述MCU中心控制模块，包括飞行控制器，飞行控制器接收来自于机载传感器模块的数据，通过传感器信息数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
所述机载传感器模块包括IMU、三轴磁罗盘、GPS、气压计、电压检测单元、电流检测单元和PWM输入检测单元；机载传感器模块用于实时采集获取无人机的飞行状态信息，可采集到的数据有三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，并将状态信息通过本地总线发送给MCU中心控制模块；
所述数据记录及导出存储模块包括USB数据导出单元、SD卡设备、GPRS数据云传输单元；用于将飞行相关的传感器数据以及控制数据存储在机载端本地，客户可根据该数据对飞行状态质量信息进行分析；
所述飞行状态指示模块为航灯，用于指示无人机的飞行状态，以实现飞行状态的显示及预警；
所述无人机的舵机组根据MCU中心控制模块的飞行控制指令进行飞行；
所述IMU是测量物体三轴姿态角或角速率，以及加速度的装置，由此获取惯导数据；
所述三轴磁罗盘用以指示三轴方位；
所述GPS用来定位；
所述电压检测单元，用来检测电压；
所述电流检测单元，用来检测电流；
所述PWM输入检测单元用来监测当前无人机运动状态，并通过PWM输出控制无人飞行的舵机等驱动单元，实现无人机的飞行控制。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行控制***，其特征在于，所述MCU中心控制模块、所述机载传感器模块、数据记录及导出存储模块和飞行状态指示模块之间，采用CAN总线的方式进行通信。
3.根据权利要求1或2所述的一种无人机飞行控制***，其特征在于，所述***还包括遥控器和地面站，所述遥控器、地面站与飞行控制器及无人机之间采用无线链路的方式进行通信。
4.根据权利要求3所述的一种无人机飞行控制***，其特征在于，所述地面站用于获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机MCU中心控制模块的飞行控制器，以实现基于地面端数据的控制飞行。
5.根据权利要求1、2或4任一项所述一种无人机飞行控制***的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，机载传感器模块用以采集三轴姿态角或角速率，以及加速度、三轴方位、位置、电流、电压，以及电源的输出电压的数据，并通过CAN总线传输给MCU中心控制模块；
第二步，MCU中心控制模块将传感器的数据融合，生成控制信号，产生无人机飞行的控制命令；
第三步，MCU中心控制模块将飞行的控制命令发送到无人机的舵机组，所述无人机的舵机组根据飞行控制器的飞行控制指令进行飞行；
第四步，机载传感器模块通过CAN总线传输给飞行状态指示模块，用航灯来指示以上所述的飞行的状态信号；
第五步，机载传感器模块通过CAN总线传输给数据记录及导出存储模块，将以上所述的飞行的状态信息通过USB导出并传输、或直接存储到SD卡设备中，通过GPRS数据云传输进行保存；
第六步，MCU中心控制模块可通过无线链路经遥控器控制无人机的舵机组；
第七步，通过地面站获取地面端人员及计算机产生的控制命令，同时将命令通过无线链路发送给无人机，以实现基于地面端数据的控制飞行。
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Application publication date: 20160727 |