CN205983093U - 一种多旋翼飞行器控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多旋翼飞行器控制***，其包括飞控***以及与该飞控***电连接的状态感知***、动力输出***和电源管理***，其中，飞控***包括基于ARM和DSP双核处理器为主控制器的电路，其中的DSP核心与ARM核心相互连接；状态感知***包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与ARM核心电连接；动力输出***包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于调节PWM信号的占空比来控制电机的速度，并将电机的状态反馈给飞控***，电机带动旋翼叶片转动以给飞行器提供动力。本实用新型的控制***各模块功能明确，相对独立，方便根据不同的功能需求进行组合和裁剪，另外平台对外接口丰富，方便***功能的扩展。

Description

一种多旋翼飞行器控制***

技术领域

本实用新型属于通用多旋翼飞行器控制技术领域，具体涉及一种多旋翼飞行器控制***。

背景技术

目前，多旋翼飞行器被广泛应用于各个领域，多旋翼无人飞行器可挂载专业的商业航拍云台与高清摄像设备，可广泛的开展诸如生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查、水资源开发、农作物长势监测、农业作业、自然灾害监测、城市规划与市政建设高空影像参考、森林病虫害防护监测及各种广告高空摄影等领域，有着广阔的市场需求。

多旋翼飞行器的稳定飞行和飞行任务的完成离不开良好的控制***，控制***是微型飞行器的核心，其接收地面遥控指令，完成微型飞行器的导航计算、制导稳定计算、电源管理、电机控制，并和其他分***进行通信以及向地面遥控***发送飞行器姿态、速度和电池电量等信息。控制***主要是感知飞行器自身的飞行状态，通过处理器解算，生成相应的控制指令，进一步根据处理器输出的控制指令驱动电机转动，通过控制旋翼的旋转速度和方向实现飞行器的稳定和有效的飞行。

专利文献CN104808674A公开了一种多旋翼飞行器的控制***、终端及机载飞控***，该控制***包括机载飞控***和智能终端，其中机载飞控***包括处理器、定位模块和收发器，其中的定位模块用于获取机载飞控***所在飞行器的位置信息，收发器用于将位置信息发送给智能终端，以使智能终端根据飞行器的位置信息及智能终端的位置信息得到偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度；收发器还用于接收偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度，处理器用于根据偏航角以及水平飞行速度和垂直飞行速度中的至少一种速度，控制机载飞控***所在的飞行器向所述智能终端飞行。该技术方案中的飞控***主要用于与智能终端进行交互，从而对多旋翼飞行器进行飞行控制，但其中的具体功能模块及设计实现方式并没有披露，特别是随着多旋翼飞行器的功能和使用需求、以及控制终端的多样化，相应的控制***是否能够适应性变化、调整或扩展，仍然是目前面临的需要解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种多旋翼飞行器控制***，其通过对控制***的模块化设计和优化，从而使得控制***可以适应多旋翼飞行器的功能、需求等的多样化，解决目前的飞控***可调整或扩展性不足的缺陷。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种多旋翼飞行器控制***，其包括飞控***以及与该飞控***电连接的状态感知***、动力输出***和电源管理***，其中，

所述飞控***包括主控制器电路，该主控制器包括由ARM核心和DSP核心组成的双核处理器，其中的DSP核心与ARM核心相互连接，所述DSP核心用于数据处理，所述ARM核心用于控制外部接口；

所述状态感知***包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与所述ARM核心电连接，以用于感知飞行器自身的飞行状态以及***的飞行环境并传输至所述ARM核心；

所述动力输出***包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于根据飞控***发出的控制信号，调节PWM信号的占空比以控制所述电机的速度，并将所述电机的状态反馈给飞控***，所述电机与旋翼叶片连接以带动其转动给飞行器提供动力。

作为本实用新型的进一步优选，还具有***电路，该***电路包括LED指示电路、复位电路、部分预留接口电路，所述LED指示电路用来指示***供电状态，所述复位电路支持外部复位信号输入以完成***复位及初始化功能，所述部分预留的接口电路包括电机控制信号输出接口以及串口和CAN通信接口的输出接口。

作为本实用新型的进一步优选，还包括电连接器，所述飞控***电与所述状态感知***、动力输出***和电源管理***分别通过电连接器实现连接。

作为本实用新型的进一步优选，所述状态感知***包括陀螺加表、磁阻传感器、气压温度传感器、空速传感器及对外接口电路。

作为本实用新型的进一步优选，还包括电源管理***，其具体包括电压转换模块和电压检测电路，分别用于将电池电源转换成控制***所需的电压，同时生成参考电压以及对电池输出电压进行测量。

本实用新型的通用多旋翼飞行器控制***，其各模块功能明确，易于根据具体需求进行裁剪和组合，另外平台用于丰富的对外接口，增加了功能扩展的灵活性。控制***能同时驱动不少于四路电机，单路输出额定功率不小于70W、峰值功率不小于110W。控制***通过CAN或RS-232总线与如载荷、图传等其他分***实现通讯。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本实用新型通过对控制***的模块化设计和优化，对控制***的硬件平台进行改进，不但使得其中各功能模块相对独立可控，而且可以进行相应组合和配置，适应不同的实际需求，增加***的通用性和灵活性，从而使得控制***可以适应多旋翼飞行器的功能、需求等的多样化，解决目前的飞控***可调整或扩展性不足的缺陷。

附图说明

图1是按照本实用新型实施例的控制***的整体结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型实施例的一种通用化、模块化、可扩展的多旋翼飞行器控制***，如图1所示，包括飞控***、状态感知***、动力输出***、电源管理***以及***电路和电连接器分。其中，状态感知***、动力输出***、电源管理***以及***电路和电连接器分别与该飞控***电连接。

飞控***是多旋翼飞行器的主要运算控制中心，包括主控制芯片的***时钟、复位和调试接口电路，同时将控制芯片接口资源引出至外接接口电路上，以方便传感器和电机驱动电路进行对接以及后续的拓展。如图1，本实施例的飞控***主要包括主处理器电路、基于ARM和DSP双核处理器为主控制器的电路，其中DSP核心负责数据处理，ARM核心负责外部接口部分，采集的传感器数据给DSP核心进行数据处理。DSP核心与ARM核心相互连接，其中DSP核心用于数据处理，ARM核心用于控制外部接口，包括接收状态感知***输入的数据并发给DSP核心进行数据处理，同时将DSP核心处理后生成的控制信号输送至动力输出***。

在一个实施例中，优选基于TI公司的双内核片上***微控制器单元F28M36P63C2为核心控制控制芯片。该控制器具有独立的通讯和实时控制子***。通讯子***基于32位ARM Cortex-M3CPU，具有CAN、UART、SSI、USB以及I2C接口等。实时控制子***基于TI公司32位的C28x浮点CPU，具有ePWM输出以及I2C、SCI、SPI接口等。该处理器具有24路12位ADC及6路10位DAC。本实施例中将微控制器大部分功能管脚均通过B2B接插件引至功能底板上，以实现硬件平台的模块化设计，方便***功能的裁剪和扩展。

如图1，状态感知***包括高度、温度、空速以及MEMS惯性器件等小微型传感器；主要是感知飞行器自身的飞行状态以及***的飞行环境。状态感知***主要包含了测量飞行器飞行姿态、速度以及周围环境的相关传感器。其功能主要是将传感器敏感的状态信息传输给飞控***进行处理。

在一个实施例中，状态感知***主要包括陀螺加表、磁阻传感器、气压温度传感器、空速传感器及对外接口电路。其中，X、Y陀螺优选采用ST公司的LPY403AL双轴陀螺，X、Z轴陀螺选用ST公司的LPR403AL双轴陀螺，两种传感器均输出模拟量并传输至微控制器。三轴加表和磁力计优选ST公司的三轴加速度磁阻传感器LSM303D芯片，该传感器通过SPI接口和微处理器通讯。气压/温度传感器优选采用ST公司的LPS25H，该传感器同样通过SPI接口和微处理器通讯。距离传感器优选采用KS103S超声波测距模块；空速传感器优选Freescale公司的压差传感器MPXV7002GP。GPS模块优选采用ublox公司的NEO-7M。

动力输出***主要包括飞行器电调模块、电机(例如无刷直流电机)以及动力叶片(例如螺旋桨叶片)等相关部分。电调根据飞控***发出的控制信号，调节PWM信号的占空比来控制电机的速度，同时实现对电机转速、故障诊断信息的测量，并将电机的状态反馈给飞控***。优选地，电调模块电机控制器选用Allegro公司的A4960，电机驱动器选用IOR公司IRFR2405三相半桥逆变器。

电源管理***主要包含电压转换模块和电压检测等***接口电路。电源管理***用于将锂电池的输出电压(例如11.1V)电源转换成控制***所需的额定(例如5V)电源，以及将额定电压(5V)转为其他电压(例如3.3V、1.2V等)的电路，同时生成参考电压以及对电池输出电压进行测量，并估算电池的电量。

在一个实施例中，将11.1V转5V,5V转3.3V电源芯片均优选采用三端稳压器LM317，同时提供A/D、D/A芯片所需的参考电压，并将电池用电阻进行分压后传输给主控芯片的A/D接口。

***电路及电连接器，主要包含LED指示电路、复位电路、部分预留接口电路和B2B型电连接器和各模块连接器。其中LED指示电路通过LED加限流电阻的方式实现主控供电状态的指示；复位电路利用电容电阻的充放电延时再加上面板按钮，使平台支持手动复位功能；部分预留的接口电路主要包括电机控制信号输出以及串口和CAN通信接口的输出，增强硬件平台的拓展能力；B2B型电连接器则是在保证主控核心板和传感器板的信号连接也很好的减小了硬件尺寸，同时主控核心板和其他子模块的连接均通过小型的连接器实现。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多旋翼飞行器控制***，其包括飞控***以及与该飞控***电连接的状态感知***和动力输出***，其中，

所述飞控***包括主控制器电路，该主控制器包括由ARM核心和DSP核心组成的双核处理器，其中的DSP核心与ARM核心相互连接，所述DSP核心用于数据处理，所述ARM核心用于控制外部接口；

所述状态感知***包括测量飞行器飞行姿态的传感器、速度传感器以及测量周围环境的传感器，其分别与所述ARM核心电连接，以用于感知飞行器自身的飞行状态以及***的飞行环境并传输至所述ARM核心；

所述动力输出***包括依次连接的飞行器电调模块、电机以及旋翼叶片，其中电调电路用于根据飞控***发出的控制信号，调节PWM信号的占空比以控制所述电机的速度，并将所述电机的状态反馈给飞控***，所述电机与旋翼叶片连接以带动其转动给飞行器提供动力。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制***，其中，还具有***电路，该***电路包括LED指示电路、复位电路、部分预留接口电路，所述LED指示电路用来指示***供电状态，所述复位电路用于外部复位信号输入以完成***复位及初始化功能，所述部分预留的接口电路包括电机控制信号输出接口以及串口和CAN通信接口的输出接口。

3.根据权利要求1或2所述的一种多旋翼飞行器控制***，其中，还包括电连接器，所述飞控***电与所述状态感知***、动力输出***和电源管理***分别通过电连接器实现连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种多旋翼飞行器控制***，其中，所述状态感知***包括陀螺加表、磁阻传感器、气压温度传感器、空速传感器及对外接口电路。

5.根据权利要求1或2所述的一种多旋翼飞行器控制***，其中，还包括电源管理***，其包括电压转换模块和电压检测电路，分别用于将电池电源转换成控制***所需的电压，同时生成参考电压以及对电池输出电压进行测量。