CN110488857A - 一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。本发明实现太阳能的四旋翼无人飞行器的飞行控制，具有四旋翼无人飞行器飞行方便、太阳能效率高、地面监测便捷，能产生很好的经济和社会效益，具有很强的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术、无人飞行器技术、传感器技术、自动控制的技术领域，更具体的说，涉及一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***。
背景技术
四旋翼无人飞行器是一种可垂直起降( VTOL) 的多旋翼飞行器，其四只旋翼可以产生相互抵消的反扭力矩，不需要复杂的机械结构。四旋翼无人飞行器的两个翼杆相互垂直; 这使得其在运动中不会产生结构的形变等；在四个旋翼杆的末端分别布设一个电机，以逆时针方向命名。奇数命名的电机以逆时针方向旋转，而偶数命名的电机以顺时针旋转，使得四旋翼无人飞行器在飞行时，其产生的陀螺效应与空气动力扭矩效应能够有效消弱。同时，四旋翼无人飞行器通过调节各个旋翼上布设的电机的转速完成三个方向上的线位移和航向角、俯仰角、横滚角以及水平转动的基本运动状态。这些主要运动状态的改变是利用四个翼杆上电机产生的升力大小来实现。
四旋翼无人飞行器续航能力提高的研究涉及到多学科，从目前的国内外研究来看，四旋翼无人飞行器的动力装置应用传统能源研究较为全面细致，但涉及太阳能新能源应用的研究比较少。在四旋翼无人飞行器研究与应用中，其续航能力的受到多种因素的制约，不同的动力供给***对续航能力的影响不同。因而，本研究着眼于此，选取典型的单晶硅太阳能片作为能源供给装置，以通用的单晶硅太阳能片作为主要研究对象，这主要是由于单晶硅太阳能片具有体积小、重量轻、转换效率高等优点，适合于四旋翼无人飞行器降低自身的重量。通过力学分析搭配科学的构架探索，建立太阳能四旋翼无人飞行器模型，其研究具有重要的应用价值。
用于民用型的自主四旋翼无人飞行器可执行灾情调查救援任务如水灾、火灾、地震等；喷洒农田、林区农药；监测化工厂等危险场所的危险气体的浓度；巡查输油管线、输电线路；连续监控重要的设施；区域性空－地、空－海通讯中继；当对特定地区进行日常环境监测的时候，用这种飞行器来执行也很方便和高效，自主巡查完后可以自动返回目的地并自动记录下存储的数据，大大减少了人力成本。据报道自2010年9月起，为了提高输电线路的巡检水平，江西省电力公司采用了无人机航巡输电线路，对输电线路本体缺陷、通道隐患进行快速探测，在各种地形复杂、气候恶劣的不利条件下，在第一时间里准确、及时、高效地取得现场资料。
随着MEMS传感器、无刷电机、单片机以及锂电池技术的发展，四旋翼飞行器现在已经成为航模界的后起之秀。与固定翼飞行器相比之下四旋翼飞行器具有结构简单，控制起来非常方便，能够垂直起降，成本非常的低、稳定性也高，机动性非常强等特点。在民用可以代替有人机完成一些任务，在军事上有很强的战场生存能力。因此在这些领域应用广泛，如军事侦查、农林业调查、灾害检测、输电线巡查、玩具航模、航拍、气象探测等。四旋翼飞行器的飞行原理虽然简单，但是涉及到的知识面非常的广，四旋翼飞行器姿态控制***进行更深入的研究，它的研究将推动中国四旋翼飞行器的研究发展，为四旋翼飞行器在环境保护、气象、火灾、侦查追踪等民用和军用领域实现产业化作出突出贡献。廉价并且高性能的飞行器的研究将会拥有巨大的经济效益，能够对我国的科研事业起到巨大的推动作用。
以往的四旋翼无人飞行器的控制***存在以下一些以下缺点：
（一）、以往的四旋翼无人飞行器的控制***没有采用无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块，飞行的能力不强；
（二）、以往的四旋翼无人飞行器的控制***，需要人工监控操作飞行器时费力；
（三）、以往的四旋翼无人飞行器的控制***没有采用监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块，飞行的效率不高；
（四）、以往的四旋翼无人飞行器的控制***没有采用太阳能供电装置，更没有采用锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块，不能进行太阳能的供电；
（五）、以往的四旋翼无人飞行器的控制***，实用不性强，不能节省了人力，生产效率较低，更不能够产生很好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明是为了克服上述不足，给出了一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***。
本发明的技术方案如下：
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测。
作为本发明的一种优选技术方案，所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：
（1）、本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；
（2）、本发明采用的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行；
（3）、本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行；
（4）、本发明采用的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块；所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块；所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息；所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息；
（5）、本发明采用的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机；所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向；
（6）、本发明采用的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块；所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器；所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要；所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行；
（7）、本发明采用的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯；
（8）、本发明采用的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计；所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障；所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离；所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据；
（9）、本发明采用的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测；所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整。
除了以上这些，本发明实现太阳能的四旋翼无人飞行器的飞行控制，具有四旋翼无人飞行器飞行方便、太阳能效率高、地面监测便捷，能产生很好的经济和社会效益，具有很强的使用价值。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的结构示意图；
图2为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中运动控制器连接关系的结构示意图；
图3为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中姿态控制器连接关系的结构示意图；
图4为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中太阳能供电装置的结构示意图；
图5为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中姿态控制器实现超声波检测高度达到3米的检测过程流程图；
图6为本发明的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***实现太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制的过程流程图。
具体实施方式
实施实例1
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明及其实施方式作进一步详细描述。
如图1、2、3所示，一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接。
又，本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，如图1、3所示，所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。
又，本发明采用的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行，又是本发明一个显著特点。
又，本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，所述的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块。
进一步作为优选的实施方式，所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块。
进一步作为优选的实施方式，所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息。
进一步作为优选的实施方式，所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息。
又，本发明采用的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块；所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块；所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息；所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，所述的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机。
进一步作为优选的实施方式，所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向。
又，本发明采用的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机；所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向，又是本发明一个显著特点。
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中太阳能供电装置的结构示意图，如图4所示：
进一步作为优选的实施方式，所述的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块。
进一步作为优选的实施方式，所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器。
进一步作为优选的实施方式，所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要。
进一步作为优选的实施方式，所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行。
又，本发明采用的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块；所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器；所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要；所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，所述的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯。
又，本发明采用的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，所述的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计。
进一步作为优选的实施方式，所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障。
进一步作为优选的实施方式，所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离。
进一步作为优选的实施方式，所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据。
又，本发明采用的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计；所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障；所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离；所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据，又是本发明一个显著特点。
进一步作为优选的实施方式，所述的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测。
进一步作为优选的实施方式，所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整。
又，本发明采用的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测；所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整，又是本发明一个显著特点。
详细地，四旋翼无人飞行器为一种可垂直起降( VTOL) 的多旋翼飞行器，其四只旋翼可以产生相互抵消的反扭力矩，不需要复杂的机械结构。四旋翼无人飞行器的两个翼杆相互垂直；在运动中不会产生结构的形变等；在四个旋翼杆的末端分别布设一个电机，以逆时针方向命名。奇数命名的电机以逆时针方向旋转，而偶数命名的电机以顺时针旋转，使得四旋翼无人飞行器在飞行时，其产生的陀螺效应与空气动力扭矩效应能够有效消弱。同时，四旋翼无人飞行器通过调节各个旋翼上布设的电机的转速完成三个方向上的线位移和航向角、俯仰角、横滚角以及水平转动的基本运动状态。运动状态的改变是利用四个翼杆上电机产生的升力大小来实现。
详细地，所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整；进入中断后先保护现场，对加速度传感器和陀螺仪的测量值进行平均值滤波，再通过滤波后的测量值解算出各个轴的倾斜角，经过卡尔曼滤波将各个相应的轴的倾角进行融合，滤掉加速度传感器和陀螺仪的各自的偏差得到更加精确的倾角值，将设置值( 倾角为0) 与实际值作差，根据偏差计算出倾斜轴相应两个电机减小倾斜角应该输入的PWM 的占空比。
详细地，太阳能四旋翼无人飞行器飞行过程中，主要是采用无线WIFI 和地面遥控器对太阳能四旋翼无人飞行器发出姿态和位置的控制指令，通过无线传输模块以10Hz 的频率将太阳能四旋翼无人飞行器的实时状态下传回地面***，地面以此为依据进行太阳能四旋翼无人飞行器的飞行控制。
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***工作的原理：
第一、硬件***上电后，首先对***各个功能模块初始化，其初始化主要通过编写控制命令操作相关的寄存器完成。
第二、应用控制理论中对飞行器的姿态变化( 倾斜角度变化) 转化为控制器输出PWM波的占空比的变化，控制相应的电机加速或减速实现飞行器平衡的保持和各种姿态变换、运动。第三、检测及记录传感器的偏移量，控制初始化，启动电机并加速使飞行器垂直升高，当超声波传感器检测到飞行器升高到3m 时执行既定的任务( 前进、旋转) ，否则电机继续加速，飞行器继续升高。任务完成后减速降落，完成红外避障、姿态检测及调整。
第三、完成太阳能的四旋翼无人飞行器的飞行控制。
实施实例2
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***中姿态控制器实现超声波检测高度达到3米的检测过程，如图5所示：包括开始；姿态控制器工作；飞行姿态检测模块工作；电机驱动模块工作；位置检测模块工作；电机启动、旋翼旋转；姿态调整；判断超声波检测高度是否达到3米；完成超声波检测高度达到3米的飞行检测等以下几个步骤：
步骤一：开始；
步骤二：姿态控制器工作；
步骤三：飞行姿态检测模块工作；
步骤四：电机驱动模块工作；
步骤五：位置检测模块工作；
步骤六：电机启动、旋翼旋转；
步骤七：姿态调整；
步骤八：判断超声波检测高度是否达到3米；
情况一：如果没有超声波检测高度没有达到3米，返回步骤二，姿态控制器工作；
情况二：如果超声波检测高度达到3米，执行步骤九：
步骤九：完成超声波检测高度达到3米的飞行检测。
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***实现太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制的过程，如图6所示：包括一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，开始工作；太阳能供电装置供电；运动控制器工作；无线通信模块工作；电机驱动模块工作；姿态控制器工作；飞行姿态检测模块工作；位置检测模块工作；判断是否完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制；完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制等以下几个步骤：
步骤一：一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，开始工作；
步骤二：太阳能供电装置供电；
（1）、锂电池供电；
（2）、充电控制模块工作；
（3）、太阳能电池板吸收太阳光辐射通过能量；
（4）、供电管理模块工作。
步骤三：运动控制器工作；
步骤四：无线通信模块工作；
（1）、WIFI无线通信模块工作；
（2）、遥控数据传输模块工作；
（3）、图像传输模块工作，包括以下几个步骤：
Step 1、摄像头1工作；
Step 2、摄像头2工作；
Step 3、摄像头3工作。
步骤五：电机驱动模块工作；
（1）、1#电机工作；
（2）、2#电机工作；
（3）、3#电机工作；
（4）、4#电机工作。
步骤六：姿态控制器工作；
步骤七：飞行姿态检测模块工作；
（1）、三轴陀螺仪工作；
（2）、三轴加速度仪工作；
（3）、三轴磁力计工作。
步骤八：位置检测模块工作；
（1）、红外壁障模块工作；
（2）、超声波测距模块工作；
（3）、GPS工作；
（4）、气压计工作。
步骤九：判断是否完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制；
情况一：如果没有完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制，返回步骤三：运动控制器工作；
情况二：如果完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制，执行步骤十；
步骤十：完成太阳能的四旋翼无人飞行器的智能化控制。
本发明显著的特点：
1）、本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；
2）、本发明采用的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行；
3）、本发明采用的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行；
4）、本发明采用的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块；所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块；所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息；所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息；
5）、本发明采用的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机；所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向；
6）、本发明采用的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块；所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器；所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要；所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行；
7）、本发明采用的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯；
8）、本发明采用的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计；所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障；所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离；所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据；
9）、本发明采用的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测；所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整。
10）、本发明实现太阳能的四旋翼无人飞行器的飞行控制，具有四旋翼无人飞行器飞行方便、太阳能效率高、地面监测便捷，能产生很好的经济和社会效益，具有很强的使用价值。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡等同替换或等效变换变形的技术方案，均在本发明要求保护范围。本发明的是实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些是实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的是实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域工程技术人员公知的技术。
Claims (7)
1.一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控***、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控***相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；
所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制***的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。
2.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块；
所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块；
所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息；
所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息。
3.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机；
所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向。
4.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块；
所述的锂电池为太阳能四旋翼无人飞行器提供启动能源，为运动控制器、姿态控制器提供必要的电能，以便供给太阳能四旋翼无人飞行器；
所述的太阳能电池板将太阳光辐射通过能量转换，变成电能以便供给太阳能四旋翼无人飞行器的负载需求以及充电的需要；
所述的供电管理模块内置充放电控制单元，充放电控制单元是控制太阳能四旋翼无人飞行器***所需电能，依据外界光照亮度的条件实现锂电池与太阳能供电间的切换，完成对锂电池充电，同时现对电路以及锂电池充电的过充保护；所述的供电管理模块还用来控制整个太阳能四旋翼无人飞行器***得到稳定低电压输出，通过配置不同参数得到不同低电压输出3.3V和5.5V，供太阳能四旋翼无人飞行器的运行。
5.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的监控***包括无线通讯模块、PC机，PC机通过无线通讯模块与运动控制器、姿态控制器相连接，用于完成一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***的地面实时通讯。
6.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的位置检测模块包括红外壁障模块、超声波测距模块、GPS、气压计；
所述的红外壁障模块采用红外壁障、红外线发射仪红外线接收仪，用于红外线传输红外壁障；
所述的超声波测距模块设有超声波测距，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的飞行距离；
所述的气压计，用于测量四旋翼无人飞行器的控制***的气压数据。
7.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制***，其特征在于：
所述的飞行姿态检测模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度仪、三轴磁力计，实现太阳能四旋翼无人飞行器的姿态检测；
所述的飞行姿态检测模块还包括定时器中断器，中断每隔0. 5s 进行一次检测和调整。
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|---|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191122 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |