CN106178528A - 可编程教育无人机 - Google Patents

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张延�
陈博川
马凯
肖健
孙正
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Abstract

本发明涉及可编程教育无人机，包括呈模块结构、可拆装的遥控器、螺旋桨、电机、PCB板带飞控机架、电池仓、电池、摄像头图传模块、摄像头、机壳、起落架；PCB板带飞控机架上的PCB电路板上包括主控芯片、稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路和射频芯片。本发明的优点体现在：1.提供了DIY的空间和享受安装的乐趣；2.大大降低了教育类产品难度；3.飞行功率小，体积小，重量小，并能够在普通室内进行安全飞行；4.减少了摔飞机的可能；5.能够在手机上观看飞机飞行视角，并能够录像和拍照，给大家提供了第一人称视角的飞行体验；6.增加便携性和可玩性；7.成本低廉；8.可进行电脑编程，进行自动飞行和控制，引导学生的编程学习。

Description

可编程教育无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及可编程教育无人机。
背景技术
用于教学及培训目的的可自行DIY的无人机产品目前市场上种类很少，轴距(四轴飞行器对角线长度)130mm或以下的产品目前市场上更是稀缺，还存在较多的问题。
1.目前市场上教育用无人机产品无法DIY，无法自己动手组装进行配件升级的问题。市场上的相关教育类产品多以飞行体验和简单的配件更换为主。
2.市面产品难度过高。
3.市面产品安全性差，对于新手来说操作不规范会产生严重后果。
4.市面产品飞行稳定性差，不适合新手上手飞行。
5.市面产品起飞和降落难度大，不适合新手上手飞行。
6.市面产品无第一人称视角体验功能。
7.市面产品无法进行手机控制。
8.市面相关产品价格贵，普遍在千元以上。
9.市面产品无法进行可视化编程飞行，无法进行编程教学。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可编程教育无人机。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
可编程教育无人机，包括呈模块结构、可拆装的遥控器、螺旋桨、电机、PCB板带飞控机架、电池仓、电池、摄像头图传模块、摄像头、机壳、起落架：
若干电机插在PCB板飞控机架上并通过电机座固定，电机插接供电插头；起落架与电机座为一体式结构，其安装在电机座底部；螺旋桨插接在电机轴上；电池仓通过卡扣卡到PCB板带飞控机架的长孔上，并通过螺钉紧固，电池仓内的可拆卸充电电池与PCB板连接；摄像头图传模块通过螺钉固定在机壳底部并与摄像头连接；摄像头的供电线与PCB板相连；机壳通过卡扣卡接在PCB板带飞控机架上；遥控器与PCB板带飞控机架无线连接；摄像头图传模块与移动终端无线连接；
PCB板带飞控机架上的PCB电路板上包括主控芯片、稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路和射频芯片：主控芯片与稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路、射频芯片、传感器电路板分别连接；稳压电路一端连接电池电源正极等电势点，另一端与电机指示灯电路、传感器电路板、射频芯片分别连接；射频芯片连接至板载射频天线；电机驱动电路接与主控芯片连接的同时，还分别与电机驱动mos管所接的电压输入端、mos管接电机的受控输出端连接；PCB板带飞控机架上通过海绵双面贴粘贴有传感器电路板，传感器电路板与PCB板带飞控机架通过飞线焊接；PCB板飞控机架上设有与电脑上位机相连的microUSB插座。
进一步的，所述PCB板飞控机架包括PCB板部分和连接在PCB板四个方向的支架部分，PCB板部分与支架部分为一体式结构，在每个支架部分端部设有四个圆孔，电机插在圆孔内。
进一步的，所述螺旋桨***设有螺旋桨保护圈，螺旋桨保护圈套在电机上，电机座从下往上卡住保护圈，电机座与螺旋桨保护圈将电机固定。
进一步的，所述摄像头图传模块放置在摄像头图传外壳下壳内，下壳与上壳卡接，从而将摄像头图传模块固定。
进一步的，所述电机为8520空心杯电机，螺旋桨为3020螺旋桨，无人机的轴距为130mm。
进一步的，所述传感器电路板为分离电路板，和PCB电路板用IIC总线通讯。
进一步的，所述传感器电路板包括陀螺仪和气压计，气压计一端与稳压芯片的输出端连接和电源负极相连接，另一端与IIC通信总线的时钟线和数据线分别连接；陀螺仪的一端与稳压芯片的输出端和电源负极连接，另一端与IIC通讯总线的时钟线和数据线分别连接；气压计和陀螺仪共同接在同一根IIC总线上和主控芯片相连接进行通讯，在主控芯片内进行地址选择以区分气压计和陀螺仪的数据；
进一步的，所述电机驱动电路包括限流电阻和MOS管，限流电阻的输出端接MOS管的门极，MOS管的源极接电池的正极，MOS管的漏极连接电机的正极。
进一步的，所述稳压器电路包括稳压芯片和滤波电容，电池的正极接稳压芯片的输入端，并在稳压芯片的输入端并联两个不同容值的电容用来滤除输入的电源纹波，电容的正极和稳压芯片的输入端相连，电容的负极和电池的负极相连；稳压芯片的输出端同样并联两个不同容值的电容，用来滤除稳压芯片输出的电源纹波，同样的电容的正极和稳压芯片输出端相连，电容的负极和电池的负极相连，稳压芯片的输出端和其他芯片的电源输入端相连。
进一步的，所述电机指示灯电路包括限流电阻和LED发光二极管，限流电阻输入端连接主控芯片的输出管脚，限流电阻的输出端接LED发光二极管的输入端，发光二极管的输出端连接电源的负极。
本发明公开的可编程教育无人机，具有以下有益效果：
1.本发明解决了目前市场上教育用无人机产品无法DIY，无法自己动手组装进行配件升级的问题。市场上的相关教育类产品多以飞行体验和简单的配件更换为主，本发明机体部分全部结构都要手动装配，提供给大家DIY的空间和享受安装的乐趣。
2.本发明10岁儿童能够在20分钟内参考教程独立完成拼装、调试和飞行，大大降低了教育类产品难度，降低了参与人群年龄，适应对于小学生和初中生的教学。
3.本发明采用8520空心杯电机，3020螺旋桨，轴距130mm，飞行功率小，体积小，重量小，比市面上相关产品安全性有显著提高，并能够在普通室内进行安全飞行。
4.本发明能够实现稳定的定高飞行(高度自动控制，不用操作手自己操作油门摇杆)，大大降低了新手上手难度，减少了摔飞机的可能。这是市面上相关产品没有的功能。
5.本发明通过飞控算法能够实现一键起降(按下按钮直接起飞或降落，不用手动控制)，大大降低了新手上手难度，减少了摔飞机的可能。这是市面上相关产品没有的功能。
6.本发明上面安装了能够实时传输图像的图传和摄像头，配合手机应用，能够在手机上观看飞机飞行视角，并能够录像和拍照，给大家提供了第一人称视角的飞行体验，这是市面上相关产品没有的功能。
7.本发明能够用手机配合手机应用控制，可以不使用遥控器，增加便携性和可玩性，这是市面上相关产品没有的功能。
8.本发明成本低廉。
9.本发明可进行电脑编程，进行自动飞行和控制，引导学生的编程学习。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的四轴电控原理图；
图3是稳压器电路示意图；
图4是传感器电路板示意图；
图5是指示灯电路示意图；
图6是电机驱动电路示意图；
其中：
1-螺旋桨，2-螺旋桨保护圈，3-电池仓，4-起落架，5-电机，6-机壳，7-摄像头图传模块，8-摄像头，9-电源正极等电势点，10-电压输入端，11-受控输出端，12-板载射频天线，13-传感器电路板，14-稳压器输出端，15-IIC通讯总线的时钟线，16-IIC通讯总线的数据线，17-指示灯电路的公共电势点，18-与主控单片机普通IO管脚连接点，19-与主控单片机普通IO管脚连接点，20-与主控单片机普通IO管脚连接点，21-与主控单片机普通IO管脚连接点，22-与主控单片机PWM输出IO管脚连接点，23-与主控单片机PWM输出IO管脚连接点，24-与主控单片机PWM输出IO管脚连接点，25-与主控单片机PWM输出IO管脚连接点，26-与电机连接点，27-与电机连接点，28-与电机连接点，29-与电机连接点，C1-第一电源滤波电容，C2-第二电源滤波电容，C3-第一电源滤波电容，C4-第四电源滤波电容，C5-第五电源滤波电容，C6-第六电源滤波电容，C7-第七电源滤波电容，R1-第一上拉电阻，R2-第二上拉电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，R8-第八电阻，R9-第九电阻，R10-第十电阻，Q1-第一电机驱动MOS管，Q2-第二电机驱动MOS管，Q3-第三电机驱动MOS管，Q4-第四电机驱动MOS管。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
实施例1
请参见图1。
可编程教育无人机，包括呈模块结构、可拆装的遥控器、螺旋桨1、电机5、PCB板带飞控机架、电池仓3、电池、摄像头图传模块7、摄像头8、机壳6、起落架4：
若干电机5插在PCB板飞控机架上并通过电机座固定，电机5插接供电插头(机头朝前时，红蓝线电机安装在左上右下，黑白线电机安装在左下右上)；起落架4与电机座为一体式结构，其安装在电机座底部；螺旋桨1插接在电机轴上(红蓝线电机、黑白线电机插接不同的螺旋桨)；电池仓3通过卡扣卡到PCB板带飞控机架的长孔上，并通过螺钉紧固，电池仓3内的可拆卸充电电池与PCB板连接；摄像头图传模块7通过螺钉固定在机壳6底部并与摄像头8连接；摄像头8的供电线与PCB板相连；机壳6通过卡扣卡接在PCB板带飞控机架上；遥控器与PCB板带飞控机架无线连接；摄像头图传模块7与移动终端无线连接；
见图2，PCB板带飞控机架上的PCB电路板上包括主控芯片、稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路和射频芯片：主控芯片与稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路、射频芯片、传感器电路板分别连接；稳压电路一端连接电池电源正极等电势点9，另一端与电机指示灯电路、传感器电路板13、射频芯片分别连接；射频芯片连接至板载射频天线12；电机驱动电路接与主控芯片连接的同时，还分别与电机驱动mos管所接的电压输入端10、mos管接电机的受控输出端11连接；由于隔离震动的需要，传感器电路板13为单独的一小块，PCB板带飞控机架上通过海绵双面贴粘贴传感器电路板13，传感器电路板13与PCB板带飞控机架通过飞线焊接；PCB板飞控机架上设有与电脑上位机相连的microUSB插座，采用串口通信模式，利用数据线实现无人机与电脑上位机的相连。
实施例2
本实施例中，所述PCB板飞控机架包括PCB板部分和连接在PCB板四个方向的支架部分，PCB板部分与支架部分为一体式结构，在每个支架部分端部设有四个圆孔，电机插在圆孔内。
实施例3
本实施例中，所述螺旋桨***设有螺旋桨保护圈2，螺旋桨保护圈2套在电机5上，电机座从下往上卡住保护圈，电机座与螺旋桨保护圈2将电机5固定。
实施例4
本实施例中，所述摄像头图传模块7放置在摄像头图传外壳下壳内，下壳与上壳卡接，从而将摄像头图传模块7固定。
实施例5
本实施例中，所述电机5为8520空心杯电机，螺旋桨1为3020螺旋桨，无人机的轴距为130mm。
实施例6
本实施例中，所述传感器电路板13为分离电路板，和PCB电路板用IIC总线通讯。
实施例7
见图3、图4，本实施例中，所述传感器电路板13包括陀螺仪和气压计，气压计一端与稳压芯片的输出端连接和电源负极相连接，另一端与IIC通信总线的时钟线15和数据线16分别连接；陀螺仪的一端与稳压芯片的输出端和电源负极连接，另一端与IIC通讯总线的时钟线15和数据线16分别连接；气压计和陀螺仪共同接在同一根IIC总线上和主控芯片相连接进行通讯，在主控芯片内进行地址选择即可区分气压计和陀螺仪的数据；
实施例8
见图6，本实施例中，所述电机驱动电路包括限流电阻R7、R8、R9、R10和MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，限流电阻的输出端接MOS管的门极(G)，MOS管的源极(S)接电池的正极，MOS管的漏极(D)连接电机的正极26、27、28、29。
实施例9
见图3，本实施例中，所述稳压器电路包括稳压芯片和滤波电容，电池的正极9接稳压芯片的输入端，并在稳压芯片的输入端并联两个不同容值的电容C1、C2用来滤除输入的电源纹波，电容的正极和稳压芯片的输入端相连，电容的负极和电池的负极相连；稳压芯片的输出端同样并联两个不同容值的电容C3、C4，用来滤除稳压芯片输出的电源纹波，同样的电容的正极和稳压芯片输出端相连，电容的负极和电池的负极相连，稳压芯片的输出端14和其他芯片的电源输入端相连。
实施例10
见图5，本实施例中，所述电机指示灯电路包括限流电阻和LED发光二极管，限流电阻R3、R4、R5、R6输入端连接主控芯片的输出管脚，限流电阻R3、R4、R5、R6的输出端接LED发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4的输入端，发光二极管的输出端连接电源的负极。
本发明通过呈模块结构、可拆装的散件实现可DIY、散件组装；并通过mircoUSB插口实现电脑编程，实现飞行动作，进行教学等活动。利用气压计实现定高飞行，并有手机APP辅助调参，可回传图像到手机并可录像和拍照。为利于用户使用和学习，还另设有线上社区进行编程学习和原理学习。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.可编程教育无人机，其特征在于，包括呈模块结构、可拆装的遥控器、螺旋桨、电机、PCB板带飞控机架、电池仓、电池、摄像头图传模块、摄像头、机壳、起落架：
若干电机插在PCB板飞控机架上并通过电机座固定，电机插接供电插头；起落架与电机座为一体式结构，其安装在电机座底部；螺旋桨插接在电机轴上；电池仓通过卡扣卡到PCB板带飞控机架的长孔上，并通过螺钉紧固，电池仓内的可拆卸充电电池与PCB板连接；摄像头图传模块通过螺钉固定在机壳底部并与摄像头连接；摄像头的供电线与PCB板相连；机壳通过卡扣卡接在PCB板带飞控机架上；遥控器与PCB板带飞控机架无线连接；摄像头图传模块与移动终端无线连接；
PCB板带飞控机架上的PCB电路板上包括主控芯片、稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路和射频芯片：主控芯片与稳压电路、电机指示灯电路、电机驱动电路、射频芯片、传感器电路板分别连接；稳压电路一端连接电池电源正极等电势点，另一端与电机指示灯电路、传感器电路板、射频芯片分别连接；射频芯片连接至板载射频天线；电机驱动电路接与主控芯片连接的同时，还分别与电机驱动mos管所接的电压输入端、mos管接电机的受控输出端连接；PCB板带飞控机架上通过海绵双面贴粘贴有传感器电路板，传感器电路板与PCB板带飞控机架通过飞线焊接；PCB板飞控机架上设有与电脑上位机相连的microUSB插座。
2.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述PCB板飞控机架包括PCB板部分和连接在PCB板四个方向的支架部分，PCB板部分与支架部分为一体式结构，在每个支架部分端部设有四个圆孔，电机插在圆孔内。
3.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述螺旋桨***设有螺旋桨保护圈，螺旋桨保护圈套在电机上，电机座从下往上卡住保护圈，电机座与螺旋桨保护圈将电机固定。
4.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述摄像头图传模块放置在摄像头图传外壳下壳内，下壳与上壳卡接，从而将摄像头图传模块固定。
5.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述电机为8520空心杯电机，螺旋桨为3020螺旋桨，无人机的轴距为130mm。
6.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述传感器电路板为分离电路板，和PCB电路板用IIC总线通讯。
7.根据权利要求6所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述传感器电路板包括陀螺仪和气压计，气压计一端与稳压芯片的输出端连接和电源负极相连接，另一端与IIC通信总线的时钟线和数据线分别连接；陀螺仪的一端与稳压芯片的输出端和电源负极连接，另一端与IIC通讯总线的时钟线和数据线分别连接；气压计和陀螺仪共同接在同一根IIC总线上和主控芯片相连接进行通讯，在主控芯片内进行地址选择以区分气压计和陀螺仪的数据。
8.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述电机驱动电路包括限流电阻和MOS管，限流电阻的输出端接MOS管的门极，MOS管的源极接电池的正极，MOS管的漏极连接电机的正极。
9.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述稳压器电路包括稳压芯片和滤波电容，电池的正极接稳压芯片的输入端，并在稳压芯片的输入端并联两个不同容值的电容用来滤除输入的电源纹波，电容的正极和稳压芯片的输入端相连，电容的负极和电池的负极相连；稳压芯片的输出端同样并联两个不同容值的电容，用来滤除稳压芯片输出的电源纹波，同样的电容的正极和稳压芯片输出端相连，电容的负极和电池的负极相连，稳压芯片的输出端和其他芯片的电源输入端相连。
10.根据权利要求1所述的可编程教育无人机，其特征在于，所述电机指示灯电路包括限流电阻和LED发光二极管，限流电阻输入端连接主控芯片的输出管脚，限流电阻的输出端接LED发光二极管的输入端，发光二极管的输出端连接电源的负极。
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