CN207397095U - 一种多旋翼飞行器控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种多旋翼飞行器控制***，包括飞行器控制板以及位于所述飞行器控制板上的电机，所述飞行器控制板上设置有STM32微控制器以及电源模块，所述飞行器控制板上还集成有用于实时检测飞行器的气压强度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的气压计、用于实时检测飞行器的三方向加速度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的加速度计、用于实时检测飞行器的转弯角度和航向并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的陀螺仪、用于接收和发送信号的wifi模块以及用于实时检测飞行器的俯仰、航向和翻转并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的电子罗盘。

Description

一种多旋翼飞行器控制***

技术领域

本实用新型涉及无人机开发领域，尤其涉及到一种多旋翼飞行器控制***。

背景技术

对比文件CN201420548510.8公开了一种多旋翼飞行器，包括中空的壳体，壳体包括主体部和由主体部围设的外壳内腔，外壳内腔内收容有基板，基板上固设有接收机、气压传感器及主控板，接收机能够实时接收信号，气压传感器用于实时检测多旋翼飞行器所处的气压强度，并将检测到的气压强度传输至主控板，主控板根据获取的气压强度数据计算出述多旋翼飞行器的飞行高度，并与预设的高度值进行大小比较，来控制多旋翼飞行器的飞行姿态，与现有技术相比，本实用新型的多旋翼飞行器将气压传感器设在壳体的基板上，发生碰撞时也不容易受损，保护了气压传感器；将接收机与主控板分开设置，减少了彼此之间的电磁干扰，提高了飞行器的安全性和稳定性。

对比文件CN201420548510.8公开的一种多旋翼飞行器并不具有遥感航拍功能，不能满足现代化社会对遥感航拍的需求，实用性不强。除此之外，该飞行器只是根据气压传感器检测飞行器所处的气压强度，来控制多旋翼飞行器的飞行姿态，控制精度不高，稳定性不强。且该飞行器不具备电压预警功能，如果电压过低或者电压过高，都会可能给飞行器带来严重的后果，若没有电压预警功能，很可能使得飞行器在电压过低或者电压过高时工作，给飞行器带来严重后果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，并开发一种基于STM32的多旋翼飞行器控制***，具有遥感航拍功能，同时根据电子罗盘、气压计、陀螺仪、加速度计等装置精确控制飞行器飞行姿态，具有电压预警功能，且能通过WIFI无线传输技术实现控制装置与多旋翼飞行器之间的数据通讯，控制方便,结构简单，性能稳定的多旋翼飞行器。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多旋翼飞行器控制***，包括飞行器控制板以及位于所述飞行器控制板上的电机，所述飞行器控制板上设置有STM32微控制器以及电源模块，所述飞行器控制板上还集成有用于实时检测飞行器的气压强度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的气压计、用于实时检测飞行器的三方向加速度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的加速度计、用于实时检测飞行器的转弯角度和航向并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的陀螺仪、用于接收和发送信号的wifi模块以及用于实时检测飞行器的俯仰、航向和翻转并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的电子罗盘；

所述STM32微控制器与所述电机通过线路连接，所述STM32微控制器将收集到的数据与预设的数据进行比较，来控制电机的运转，从而控制多旋翼飞行器的飞行姿态。

进一步的，所述wifi模块还与摄像头连接，所述摄像头将拍摄到的影响通过wifi模块输送至手机app上。

进一步的，所述电源模块分别与所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪和电子罗盘连接，所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪以及电子罗盘的额定电压为3.3V；所述电源模块还与所述电机连接，所述电机为四台，所述电机的额定电压为11V。

进一步的，所述电源模块处还设置有ADC电压检测模块，所述ADC电压检测模块处还通过线路连接有蜂鸣器和LED灯。

进一步的，所述电子罗盘为AK8975三轴电子罗盘；所述气压计为MS5611传感器。

本实用新型的优点在于：

本实用新型本所开发的一种基于STM32的半自主多旋翼飞行器具有遥感航拍功能，能满足现代化社会对遥感航拍的需求，实用性更强，适用范围更广。能通过电子罗盘、气压计、陀螺仪、加速度计等装置共同工作进而精确控制飞行器的飞行姿态，控制精度高，稳定性更强。具有电压预警功能，能够防止飞行器在电压过低或者过高的情况下工作，给飞行器带来严重损害。

本实用新型所开发的一种基于STM32的半自主多旋翼飞行器具有WIFI无线传输功能，可以通过WIFI无线传输技术实现控制装置与多旋翼飞行器之间的数据通讯，传输速度较高，稳定性、可靠性强。并且能通过WIFI无线技术将遥感拍摄到的画面传输给用户。整体结构采用模块化的设计模式便于拆卸维修。

附图说明

图1是本实用新型提出的一种多旋翼飞行器控制***的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型提出的一种多旋翼飞行器控制***，包括飞行器控制板以及位于所述飞行器控制板上的电机，所述飞行器控制板上设置有STM32微控制器以及电源模块，所述飞行器控制板上还集成有用于实时检测飞行器的气压强度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的气压计、用于实时检测飞行器的三方向加速度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的加速度计、用于实时检测飞行器的转弯角度和航向并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的陀螺仪、用于接收和发送信号的wifi模块以及用于实时检测飞行器的俯仰、航向和翻转并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的电子罗盘；

所述STM32微控制器与所述电机通过线路连接，所述STM32微控制器将收集到的数据与预设的数据进行比较，来控制电机的运转，从而控制多旋翼飞行器的飞行姿态。

进一步的，所述wifi模块还与摄像头连接，所述摄像头将拍摄到的影响通过wifi模块输送至手机app上。

进一步的，所述电源模块分别与所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪和电子罗盘连接，所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪以及电子罗盘的额定电压为3.3V；所述电源模块还与所述电机连接，所述电机为四台，所述电机的额定电压为11V。

进一步的，所述电源模块处还设置有ADC电压检测模块，所述ADC电压检测模块处还通过线路连接有蜂鸣器和LED灯。

进一步的，所述电子罗盘为AK8975三轴电子罗盘；所述气压计为MS5611传感器。

利用STM32微控制器高性能、低成本、低功耗的特点，选择STM32微控制器作为飞行器核心板。电子罗盘体积小、质量轻，并能输出飞行器俯仰、航向、滚转三个方向上的姿态数据，能满足无人机飞行导航***的要求。气压计可以用以测量大气压强，每升高12米，水银柱即降低大约1毫米，因此可测飞行器在空中飞行时的高度，可用于调整飞行姿态。三自由度的均衡陀螺仪可以能给出飞行物体转弯角度和航向指示，能用于飞行器上控制飞机的飞行姿态。加速度计是测量运载体线加速度的仪表，已经广泛运用于飞行器上，可以与电子罗盘、气压计、陀螺仪共同工作，用于精确控制飞行器的飞行姿态。STM32的ADC电压采集模块是12位的，是从0到4095，当ADC引脚接GND，读到的就是0，当ADC引脚接VDD，读到的就是4095。可以根据读到的值转化为实际地电压值，所以ADC模块可用于电压预警。WIFI是一种短程无线传输技术，能够在大连数百英尺范围内支持互联网接入无线电信号，它最大的优点是传输速度较高，在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整以有效保障网络的稳定性和可靠性。因此将其应用于无人机控制技术领域是目前多旋翼飞行控制。

本实用新型使用了wifi或遥控器进行操控的四轴飞行器，主要包括飞行器控制板、wifi模块、电子罗盘、气压计、摄像头、手机app。飞行器控制板基于stm32f407芯片，同时拥有陀螺仪、加速度计等外设；wifi采用esp8266芯片；摄像头为700线摄像头；手机app使用android开发。

飞行器控制板负责对飞行器的飞行进行同步控制，包括保持飞行器的飞行稳定和接收控制命令完成预定的飞行运动。四轴飞行器拥有6个自由度，在飞行过程中风速大小等干扰因素会对飞行的平稳产生较大的影响，所以保持四轴平稳飞行是关键。飞行器控制板通过陀螺仪和加速度计测量得到的数据，经过姿态算法得到四轴飞行器的飞行姿态。将飞行姿态作为PID控制算法的反馈量，输出合适的PWM脉冲，控制四个电机，就能实现四轴平稳飞行。在正式飞行前，需要进行PID参数整定，来得到合适的PID参数。飞行器控制板主要通过wifi模块或遥控器进行控制。四轴飞行器的运动控制主要由四个变量完成，它们分别是油门(throttle)，控制四轴飞行器的上升下降；航向(yaw)，控制四轴旋转；翻滚(roll)，控制四轴向左向右；俯仰(pitch)，控制四轴飞行器的前进后退。

电子罗盘AK8975为3轴电子罗盘IC，具有高灵敏度的霍尔传感器技术。AK8975集成磁传感器，用于在X轴检测地磁，Y轴和Z轴，一个传感器驱动电路，信号放大器链，和用于处理所述的运算电路来自每个传感器的信号。紧凑的足迹和薄型封装功能，很适合在地图标题了目的，还可为飞行器配备GPS模块，实现飞行轨迹记录。

气压计为MS5611传感器。是由MEAS推出的一款SPI和I²C总线接口的新一代高分辨率气压传感器，分辨率可达到10cm。该传感器模块包括一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗的24位Σ模数转换器。MS5611提供了一个精确的24位数字压力值和温度值以及不同的操作模式，可以提高转换速度并优化电流消耗。高分辨率的温度输出无须额外传感器可实现高度计/温度计功能。可以与几乎任何微控制器连接。通信协议简单，无需在设备内部寄存器编程。

WIFI模块具有对四轴飞行器的通信功能。模块主要是基于一个ESP8266芯片。ESP8266高度集成了天线开关、射频balun、功率放大器、低噪放大器、过滤器和电源管理模块，仅需很少的***电路，可将所占PCB空间降到最低。ESP8266内置Tensilica L10632位微型控制器(MCU)，具有超低功耗和16位RSIC，时钟速度最高可达160MHz。WIFI使用实时操作***(RTOS)，支持802.11b/g/nWi-Fi协议栈，支持STA/AP/STA+AP三种工作模式，可实现与手机、电脑和路由器的连接，WIFI模块支持SPI和UART串行通讯，模块同时配备了32MbitFlash，可以实现对飞行器的控制和摄像头图像的实时传输。

手机APP使用java编写基于android***的应用程序。APP主要功能：使用手机wifi连接四轴飞行器wifi模块，构建wifi局域网；访问wifi模块挂载的摄像头，实现对飞行器拍摄的视频进行实时录制；拥有摇杆、按键等操作按钮，对四轴飞行器飞行状态进行实时控制；拥有处理紧急情况功能，如若wifi断开连接，会响起警报，同时四轴飞行器会自动返航。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种多旋翼飞行器控制***，包括飞行器控制板以及位于所述飞行器控制板上的电机，其特征在于：所述飞行器控制板上设置有STM32微控制器以及电源模块，所述飞行器控制板上还集成有用于实时检测飞行器的气压强度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的气压计、用于实时检测飞行器的三方向加速度并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的加速度计、用于实时检测飞行器的转弯角度和航向并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的陀螺仪、用于接收和发送信号的wifi模块以及用于实时检测飞行器的俯仰、航向和翻转并将检测到的数据输送至STM32微控制器处的电子罗盘；

所述STM32微控制器与所述电机通过线路连接，所述STM32微控制器将收集到的数据与预设的数据进行比较，来控制电机的运转，从而控制多旋翼飞行器的飞行姿态。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制***，其特征在于：所述wifi模块还与摄像头连接，所述摄像头将拍摄到的影响通过wifi模块输送至手机app上。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制***，其特征在于：所述电源模块分别与所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪和电子罗盘连接，所述STM32微控制器、wifi模块、气压计、加速度计、陀螺仪以及电子罗盘的额定电压为3.3V；所述电源模块还与所述电机连接，所述电机为四台，所述电机的额定电压为11V。

4.根据权利要求1或3所述的一种多旋翼飞行器控制***，其特征在于：所述电源模块处还设置有ADC电压检测模块，所述ADC电压检测模块处还通过线路连接有蜂鸣器和LED灯。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器控制***，其特征在于：所述电子罗盘为AK8975三轴电子罗盘；所述气压计为MS5611传感器。