CN102981509B - 一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪 - Google Patents

一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪 Download PDF

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Abstract

一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪属于无人飞行器领域，特别涉及一种无人机自动驾驶仪；该自动驾驶仪包括微处理器系统（1），连接微处理器系统（1）输入端的传感系统（2），连接微处理器系统（1）双向数据端的无线通讯接口（3）以及连接微处理器系统（1）输出端的控制信号输出接口（4）；这种模块化的设计，便于元器件更换和软硬件升级，按照集成化、小型化设计，能更好的适应对载荷敏感的飞机，自我保护功能完善，操作简便，提高了安全性降低了对用户操作技能的要求，可用于固定翼无人机和四旋翼无人机、直升机，稳定性高，成本低。

Description

一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪
技术领域
 一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪属于无人飞行器领域，特别涉及一种无人机自动驾驶仪，适用于军工无人机系统和民用航模、航拍无人机的控制，能够控制固定翼机、旋翼机和特种气动布局飞行器，是飞行器控制系统的实验平台。
背景技术
无人机自动驾驶仪是无人机的核心部分。目前，国内外已经发展出多种无人机及自动驾驶系统。虽然美国APM自动驾驶仪适用于固定翼和四旋翼，但是对于传感器系统要求苛刻，成本高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有无人机自动驾驶仪的缺陷，公开了一种可用于固定翼和多旋翼无人机的自动驾驶仪，该自动驾驶仪适用于军工无人机系统和民用航模、航拍无人机的控制，能够控制固定翼机、旋翼机和特种气动布局飞行器，是飞行器控制系统的实验平台，并具有以下优点：模块化的设计，便于元器件更换和软硬件升级，按照集成化、小型化设计，能更好的适应对载荷敏感的飞机，自我保护功能完善，操作简便，提高了安全性降低了对用户操作技能的要求，可用于固定翼无人机和四旋翼无人机、直升机，稳定性高，成本低。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，包括微处理器系统，连接微处理器系统输入端的传感系统，连接微处理器系统双向数据端的无线通讯接口以及连接微处理器系统输出端的控制信号输出接口；
所述的微处理器系统包括ARM处理器、与ARM处理器双向数据端连接的ROM和RAM、与ARM处理器输入端连接的AD转换器以及与ARM处理器输出端连接的JTAG接口；
所述的传感系统与微处理器系统中AD转换器连接，包括姿态检测仪、高度检测仪、航向检测仪、位置检测仪、障碍物检测仪以及速度检测仪。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的：
姿态检测仪为一个惯性导航单元；
高度检测仪为第一超声波测距模块和气压高度计的组合；
航向检测仪为三轴方向上两两正交的三轴电子罗盘或三个单轴的电子罗盘；
位置检测仪为GPS接收机；
障碍物检测仪为第二超声波测距模块；
速度检测仪为空速计；
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的惯性导航单元由角速度传感器和加速度计组成；所述的角速度传感器为一个三轴角速度传感器或两辆垂直的三个相同的单轴角速度传感器；所述的加速度计为一个三轴加速度计或两辆垂直的三个相同的单轴加速度计。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的高度检测仪按超声发射方向竖直向下进行放置。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的障碍物检测仪为分别在飞机左侧、右侧、机头和机尾四个位置配置的分别向左侧、右侧、前方和后方发射超声波的超声波发射器。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的超声波测距模块发射的超声波频率为20MHz~30 MHz。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的超声波测距模块发射的超声波频率为30MHz~40 MHz。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的障碍物检测仪还包括预留给用户自定义使用的接口。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的障碍物检测仪还包括带无线传输功能的摄像头。
上述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，所述的摄像头为可见光波段摄像头或红外波段摄像头或紫外波段摄像头。
由于本发明用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪包括微处理器系统，连接微处理器系统输入端的传感系统，连接微处理器系统双向数据端的无线通讯接口以及连接微处理器系统输出端的控制信号输出接口；这种模块化的设计，便于元器件更换和软硬件升级，按照集成化、小型化设计，能更好的适应对载荷敏感的飞机，自我保护功能完善，操作简便，提高了安全性降低了对用户操作技能的要求，可用于固定翼无人机和四旋翼无人机、直升机，稳定性高，成本低。
附图说明
图1是本发明用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪电路连接示意图。
图中：1微处理器系统、11ARM处理器、12ROM、13RAM、14AD转换器、15JTAG接口、2传感系统、21姿态检测仪、22高度检测仪、23航向检测仪、24位置检测仪、25障碍物检测仪、26速度检测仪、3无线通讯接口、4控制信号输出接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例的用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，包括微处理器系统1，连接微处理器系统1输入端的传感系统2，连接微处理器系统1双向数据端的无线通讯接口3以及连接微处理器系统1输出端的控制信号输出接口4；
所述的微处理器系统1包括ARM处理器11、与ARM处理器11双向数据端连接的ROM12和RAM13、与ARM处理器11输入端连接的AD转换器14以及与ARM处理器11输出端连接的JTAG接口15；
所述的传感系统2与微处理器系统1中AD转换器14连接，包括姿态检测仪21、高度检测仪22、航向检测仪23、位置检测仪24、障碍物检测仪25以及速度检测仪26；
所述的控制信号输出接口4为IIC控制信号输出接口和PWM控制信号输出接口供用户选择，电路连接图如图1所示。
其中：姿态检测仪21为一个惯性导航单元；高度检测仪22为第一超声波测距模块和气压高度计的组合，所述的超声波测距模块发射的超声波频率优选为25MHz，也可以在使用的时候选择为35MHz；航向检测仪23为三轴方向上两两正交的三轴电子罗盘或三个单轴的电子罗盘；位置检测仪24为GPS接收机；障碍物检测仪25为第二超声波测距模块；速度检测仪26为空速计；
所述的惯性导航单元由角速度传感器和加速度计组成；所述的角速度传感器为一个三轴角速度传感器或两辆垂直的三个相同的单轴角速度传感器；所述的加速度计为一个三轴加速度计或两辆垂直的三个相同的单轴加速度计。
所述的高度检测仪22按超声发射方向竖直向下进行放置。
所述的障碍物检测仪25为分别在飞机左侧、右侧、机头和机尾四个位置配置的分别向左侧、右侧、前方和后方发射超声波的超声波发射器。
所述的障碍物检测仪25还包括预留给用户自定义使用的接口以及带无线传输功能的摄像头，所述的摄像头为可见光波段摄像头或红外波段摄像头或紫外波段摄像头。
该自动驾驶仪用于用于固定翼飞机与用于四旋翼飞机有所不同，前者必须要有速度检测仪26而后者可以没有，而前者可以不在飞机尾翼上配置超声波发射器二后者必须有。

Claims (3)

1.一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，包括微处理器系统(1)，连接微处理器系统(1)输入端的传感系统(2)，连接微处理器系统(1)双向数据端的无线通讯接口(3)以及连接微处理器系统(1)输出端的控制信号输出接口(4)；
所述的微处理器系统(1)包括ARM处理器(11)、与ARM处理器(11)双向数据端连接的ROM(12)和RAM(13)、与ARM处理器(11)输入端连接的AD转换器(14)以及与ARM处理器(11)输出端连接的JTAG接口(15)；
所述的传感系统(2)与微处理器系统(1)中AD转换器(14)连接，包括姿态检测仪(21)、高度检测仪(22)、航向检测仪(23)和位置检测仪(24)；
所述的：
姿态检测仪(21)为一个惯性导航单元，所述的惯性导航单元由角速度传感器和加速度计组成；所述的角速度传感器为一个三轴角速度传感器或两辆垂直的三个相同的单轴角速度传感器；所述的加速度计为一个三轴加速度计或两辆垂直的三个相同的单轴加速度计；
高度检测仪(22)为第一超声波测距模块和气压高度计的组合；
航向检测仪(23)为三轴方向上两两正交的三轴电子罗盘或三个单轴的电子罗盘；
位置检测仪(24)为GPS接收机；
其特征在于：
对于固定翼无人机的自动驾驶仪，还包括障碍物监测仪(25)和速度检测仪(26)，所述的障碍物检测仪(25)为分别在飞机左侧、右侧和机头三个位置配置的分别向左侧、右侧和前方发射超声波的超声波发射器，所述的速度检测仪(26)为空速计；
对于四旋翼无人机的自动驾驶仪，还包括障碍物监测仪(25)，所述的障碍物检测仪(25)为分别在飞机左侧、右侧、机头和机尾四个位置配置的分别向左侧、右侧、前方和后方发射超声波的超声波发射器。
2.根据权利要求1所述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，其特征在于：所述的障碍物检测仪(25)发射的超声波频率为20MHz～30MHz或30MHz～40MHz。
3.根据权利要求1所述的一种用于固定翼和四旋翼无人机的自动驾驶仪，其特征在于：所述的障碍物检测仪(25)还包括预留给用户自定义使用的接口或/和带无线传输功能的摄像头，所述的摄像头为可见光波段摄像头或红外波段摄像头或紫外波段摄像头。
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