CN110956891A - 多功能无人机教学试验箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及多功能无人机教学试验箱，包括安装于所述箱体上的电脑主机、与所述电脑主机连接的显示屏、无人机主体、与所述无人机主体匹配的无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块；所述无人机主体通过串口与所述电脑主机连接，所述图像传输模块和数据传输模块设置于所述箱体内，用于所述无人机主体与电脑主机之间的图像信号和数据的传输；通过将电脑主机、显示屏、无人机主体、无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块集成在一个箱体内，使得学生可以通过该箱体学习无人机的电路结构、遥控原理、图像传输和数据传输的知识，使学生能够基本了解并掌握无人机相关的技术。

Description

多功能无人机教学试验箱
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体是多功能无人机教学试验箱。
背景技术
无人机应用行业是一种全新的新兴行业，虽然其出现历史较早，但因自身技术原因限制，以前一直是在军用领域应用，在民用领域一直处于滞后状态。由于近几年电子，材料，通信，传感器技术的高速发展，使得无人机应用有了质的飞跃。但无人机学习及开发都具备高危险及高成本，针对校园内无人机相关专业或者以无人机为载体的相关开发专业，需要有一种专业针对性的无人机实验设备，通过该设备可进行无人机基本认识，模拟飞行，电路开发，飞行体验，飞行测试等相关学习，但对于学习无人机相关技术来说，实训设备、教学资源不论是国内或者国外完全处于都处于十分匮乏状态。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供多功能无人机教学试验箱，能够满足学生对无人机基本知识的学习。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
本发明的多功能无人机教学试验箱，包括集成于箱体内部的无人机开发测试***，其特征在于：包括安装于所述箱体上的电脑主机、与所述电脑主机连接的显示屏、无人机主体、与所述无人机主体匹配的无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块；所述无人机主体通过串口与所述电脑主机连接，所述图像传输模块和数据传输模块设置于所述箱体内，用于所述无人机主体与电脑主机之间的图像信号和数据的传输。
学生可以在所述箱体上的所述显示屏看到通过串口传输到所述电脑主机上的所述无人机主体的各种信息，并且能够直观地学习到所述无人机主机和无人机手柄的电路结构、所述无人机手柄的遥控过程以及所述无人机主体与所述电脑主机之间的图像和数据传输过程，以便于学生对于无人机技术知识点的***性学习。
进一步，所述无人机主体包括第一主控芯片、第一电源、传感器电路、遥感信号接收模块、电机驱动电路和指示灯电路；
所述第一主控芯片为STC15W4K56S4单片机；
所述第一电源为所述第一主控芯片、所述传感器电路和所述指示灯电路供电；
所述传感器电路包括气压传感器和姿态传感器，所述气压传感器和姿态传感器的数据及控制IO口均与所述第一主控芯片的引脚连接；
所述遥感信号接收模块与所述第一主控芯片引脚对应连接；
所述电机驱动电路包括四个电机、四个三极管和四个电容，所述三极管的集电极与所述电机和所述第一电源顺序串联，所述三极管的基极与所述第一主控芯片的引脚对应连接，所述三极管的发射机接地，所述电容与所述电机并联；
进一步，所述电机还并联有电机指示灯。
进一步，所述无人机手柄包括第二主控芯片、第二电源、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和遥感信号发送模块；
所述第二主控芯片为STC15W4K56S4单片机；
所述第二电源为所述第二主控芯片、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和无线电模块电路供电；
所述摇杆电路的摇杆采用具有前后、左右两个维度的摇杆，两个所述摇杆均连接摇杆电位器，所述摇杆电位器的输出端与所述第二主控芯片上具有AD转换功能的引脚连接；
所述声光提示电路包括多个LED和蜂鸣器，多个所述LED共阳极连接，所述 LED的阴极分别与所述第二主控芯片的引脚连接，多个所述LED均串接一个保护电阻，所述蜂鸣器通过一个三极管与所述第二主控芯片的引脚连接；
所述按键电路包括多个共地连接的按钮，所述按钮的控制端口与所述第二主控芯片的控制引脚连接；
所述遥感信号发送模块与所述第二主控芯片的引脚连接。
进一步，所述箱体上设有VGA接口、HDMI接口和AV接口，所述电脑主机通过所述VGA接口向所述显示屏发送信号，所述HDMI接口和AV接口与所述电脑主机连接，所述HDMI接口用于所述无人机主体的高清视频图像信号接入，所述AV接口用于所述无人机主体的模拟信号的接入。
进一步，所述图形传输模块包括设置于所述箱体上的摄像头、无线图像信号发送模块和设置于所述电脑主机上的无线图像信号接收模块。
进一步，所述数据传输模块包括分别设置于所述电脑主机和无人机主体上的无线数据收发模块。
本发明的有益效果是：本发明的多功能无人机教学试验箱，通过将电脑主机、显示屏、无人机主体、无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块集成在一个箱体内，使得学生可以通过该箱体学习无人机的电路结构、遥控原理、图像传输和数据传输的知识，使学生能够基本了解并掌握无人机相关的技术，本发明能提供一种有效地无人机技术知识教学装置，有利于无人机技术原理的教学工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构框图；
图3为本发明的无人机主体的第一主控芯片的电路图；
图4为本发明的无人机主体的第一电源的电路图；
图5为本发明的无人机主体的传感器电路及遥感信号接收模块电路图；
图6为本发明的无人机主体的电机驱动电路图；
图7为本发明的无人机主体的指示灯电路图；
图8为本发明的无人机手柄的第二主控芯片电路图；
图9为本发明的无人机手柄的第二电源的电路图；
图10为本发明的无人机手柄的摇杆电路图；
图11为本发明的无人机手柄的声光提示电路图；
图12为本发明的无人机手柄的按键电路图；
图13为本发明的无人机手柄的遥感信号发送模块电路图。
具体实施方式
如图1所示：本实施例的多功能无人机教学试验箱，包括集成于箱体内部的无人机开发测试***，包括安装于箱体上的电脑主机、与电脑主机连接的显示屏、无人机主体、与无人机主体匹配的无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块；无人机主体通过串口与电脑主机连接，图像传输模块和数据传输模块设置于箱体内，用于无人机主体与电脑主机之间的图像信号和数据的传输。
学生可以在箱体上的显示屏看到通过串口传输到电脑主机上的无人机主体的各种信息，并且能够直观地学习到无人机主机和无人机手柄的电路结构、无人机手柄的遥控过程以及无人机主体与电脑主机之间的图像和数据传输过程，以便于学生对于无人机技术知识点的***性学习。
本实施例中，无人机主体包括第一主控芯片、第一电源、传感器电路、电机驱动电路和指示灯电路；
如图2所示，第一主控芯片为STC15W4K56S4单片机，其引脚连接情况已经和后续电路出现编号的对应；
如图3所示，第一电源为第一主控芯片、传感器电路和指示灯电路供电；电源部分采用1S锂电池供电，锂电池接口为电源电路中BT0元件，U1为1117芯片，与BT0相连，用于转化3.3V输出电压，用于其他模块供电；串口接口P10主要用于串口程序下载，亦可为***供电；电源电路部分R11,R12组成的串联电路，大小为2K，中间连接到第一主控芯片上具有AD功能的P1口中的P13,主要用于电源电压检测；
如图4所示，传感器电路包括气压传感器和姿态传感器，气压传感器和姿态传感器的数据及控制IO口均与第一主控芯片的引脚连接；P8为数据遥感信号接收模块,采用24L01方案，采用3.3V供电，与电源部分U1相连，其数据及控制IO 口均接到第一主控芯片各引脚，通过SPI通信；P11为BMP180芯片，为气压传感器，主要用于高度测试，采用3.3V供电，与电源部分U1相连，其数据及控制IO 口均接到第一主控芯片各引脚，通过IIC通信；P9为MPU6050芯片，为姿态传感器，主要用于无人机姿态检测，采用3.3V供电，与电源部分U1相连，其数据及控制IO口均接到MCU各引脚，采用IIC通信原理；
如图5所示，电机驱动电路包括四个空心杯电机(B1、B2、B3和B4)、四个型号为A03402的三极管(Q1、Q2、Q3和Q4)和四个电容(C1、C2、C3和C4)，三极管的集电极与电机和第一电源顺序串联，三极管的基极与第一主控芯片上具有PWM功能的引脚对应连接，第一主控芯片的信号通过三极管放大之后控制电机的转速，三极管的发射机接地，电容与电机并联，并联于电机两端的电容用于消除电机自感及滤波稳定电机；
如图6所示，指示灯电路包括六个指示灯分别为LD1、LD2、LD3、LD4、LD5 和LD6，均为LED指示灯，其中LD1、LD2、LD3和LD4用于指示四组电机状态，LD5 和LD6用于指示第一电源及飞行器状态，所有指示灯均与第一主控芯片的控制引脚连接。
本实施例中，每个电机上都并联有电机指示灯，分别为D1、D2、D3和D4。
本实施例中，无人机手柄包括第二主控芯片、第二电源、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和遥感信号发送模块；
如图7所示，第二主控芯片依然为STC15W4K56S4单片机；
如图8所示，第二电源为第二主控芯片、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和无线电模块电路供电；第二电源与第一电源一致采用1S锂电池供电，锂电池接口为电源电路中BT0元件，U1为1117芯片，与BT0相连，用于转化3.3V输出电压，用于其他模块供电；电源电路部分R11,R12组成的串联电路，大小为2K，中间连接到第二主控芯片具有AD功能的P1口中的P10,主要用于电源电压检测；
如图9所示，摇杆电路的摇杆采用具有前后、左右两个维度的摇杆，两个摇杆均连接摇杆电位器，通过遥感电位器将遥感的动作转化为电信号，摇杆电位器的输出端与第二主控芯片上具有AD转换功能的引脚连接，该电信号经过AD转换之后发送至第二主控芯片内部进行对比并根据该电信号发送对应的动作执行指令；
如图10所示，声光提示电路包括多个LED(LD1、LD2、LD3和LD4)和蜂鸣器 LS1，多个LED共阳极连接，LED的阴极分别与第二主控芯片的引脚连接，多个LED 均串接一个保护电阻，蜂鸣器LS1通过一个三极管与第二主控芯片的引脚连接，主要用于摇杆的动作提示；
如图11所示，按键电路包括多个共地连接的按钮，按钮的控制端口与第二主控芯片的控制引脚连接，按钮主要用于遥控设置。
如图12所示，遥感信号发送模块与第二主控芯片的引脚连接遥感信号发送模块，遥感信号发送模块与遥感信号接收模块匹配，用于遥控无人机，关于无线遥控的技术为现有技术，本实施例中不再赘述。
本实施例中，箱体上设有VGA接口、HDMI接口和AV接口，电脑主机通过VGA 接口向显示屏发送信号，HDMI接口和AV接口与电脑主机连接，HDMI接口用于无人机主体的高清视频图像信号接入，AV接口用于无人机主体的模拟信号的接入，将无人机的状态信息以及信息传递过程直观地展示在显示屏上，便于教学。
本实施例中，图形传输模块包括设置于箱体上的摄像头、无线图像信号发送模块和设置于电脑主机上的无线图像信号接收模块，主要是用于展示无人机采集图像信息并发送图像信息的过程；摄像头本来应该设置于无人机主机上，但是由于安装于箱体上能够更加直观地展示摄像头图像信息的采集过程，并且有利于有序地排布箱体内的各个器件，同时将摄像头安装于箱体上并不会影响教学目的，因此将摄像头安装于箱体上；另外由于无线图像信号的传输为现有技术，本发明中体现的是将无线图像信号技术应用于无人机技术教学中，因此关于具体如何发送和接收图像信号不再赘述。
本实施例中，数据传输模块包括分别设置于电脑主机和无人机主体上的无线数据收发模块，主要是用于展示无人机主体和电脑主体之间的数据双向传递，也为现有技术，故不赘述。
本发明通过将电脑主机、显示屏、无人机主体、无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块集成在一个箱体内，将无人机相关的器件也展示在箱体内，使得学生可以通过该箱体学习无人机的电路结构、遥控原理、图像传输和数据传输的知识，使学生能够基本了解并掌握无人机相关的技术，有利于无人机技术知识点的传授和普及。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.多功能无人机教学试验箱，包括集成于箱体内部的无人机开发测试***，其特征在于：包括安装于所述箱体上的电脑主机、与所述电脑主机连接的显示屏、无人机主体、与所述无人机主体匹配的无人机手柄、图像传输模块和数据传输模块；所述无人机主体通过串口与所述电脑主机连接，所述图像传输模块和数据传输模块设置于所述箱体内，用于所述无人机主体与电脑主机之间的图像信号和数据的传输。
2.根据权利要求1所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述无人机主体包括第一主控芯片、第一电源、传感器电路、遥感信号接收模块、电机驱动电路和指示灯电路；
所述第一主控芯片为STC15W4K56S4单片机；
所述第一电源为所述第一主控芯片、所述传感器电路和所述指示灯电路供电；
所述传感器电路包括气压传感器和姿态传感器，所述气压传感器和姿态传感器的数据及控制IO口均与所述第一主控芯片的引脚连接；
所述遥感信号接收模块与所述第一主控芯片引脚对应连接；
所述电机驱动电路包括四个电机、四个三极管和四个电容，所述三极管的集电极与所述电机和所述第一电源顺序串联，所述三极管的基极与所述第一主控芯片的引脚对应连接，所述三极管的发射机接地，所述电容与所述电机并联；
所述指示灯电路包括六个指示灯，其中四个于指示四组电机状态，两个用于指示第一电源及飞行器状态，所有指示灯均与MCU的控制引脚连接。
3.根据权利要求2所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述电机还并联有电机指示灯。
4.根据权利要求1所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述无人机手柄包括第二主控芯片、第二电源、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和遥感信号发送模块；
所述第二主控芯片为STC15W4K56S4单片机；
所述第二电源为所述第二主控芯片、摇杆电路、声光提示电路、按键电路和无线电模块电路供电；
所述摇杆电路的摇杆采用具有前后、左右两个维度的摇杆，两个所述摇杆均连接摇杆电位器，所述摇杆电位器的输出端与所述第二主控芯片上具有AD转换功能的引脚连接；
所述声光提示电路包括多个LED和蜂鸣器，多个所述LED共阳极连接，所述LED的阴极分别与所述第二主控芯片的引脚连接，多个所述LED均串接一个保护电阻，所述蜂鸣器通过一个三极管与所述第二主控芯片的引脚连接；
所述按键电路包括多个共地连接的按钮，所述按钮的控制端口与所述第二主控芯片的控制引脚连接；
所述遥感信号发送模块与所述第二主控芯片的引脚连接。
5.根据权利要求1所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述箱体上设有VGA接口、HDMI接口和AV接口，所述电脑主机通过所述VGA接口向所述显示屏发送信号，所述HDMI接口和AV接口与所述电脑主机连接，所述HDMI接口用于所述无人机主体的高清视频图像信号接入，所述AV接口用于所述无人机主体的模拟信号的接入。
6.根据权利要求1所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述图形传输模块包括设置于所述箱体上的摄像头、无线图像信号发送模块和设置于所述电脑主机上的无线图像信号接收模块。
7.根据权利要求1所述的多功能无人机教学试验箱，其特征在于：所述数据传输模块包括分别设置于所述电脑主机和无人机主体上的无线数据收发模块。
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