CN104111615A - 一种基于msp430f5310单片机的微型四旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术，特别是一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器。它包括机身、控制电路、电机、旋翼，所述的电机及旋翼各为四个，分别设于机身的四角，所述的机身为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上。本发明的单片机采用MSP430F5310单片机，运行电流仅有195uA，能有效降低功耗；机身仅有10cm*10cm大小，且有凹槽，挂架等设计便于使用和功能扩展。单片机与数字陀螺及加速度计，JTAG调试接口等通过信号线连接，构成本发明的控制系统。而无线通信模式的多样也更加方便了调试。本发明在实践中取得了较好的效果，能较好的飞行，使用，且续航能力较好。

Description

一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器

 

技术领域

本发明涉及飞行器，特别是一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器。

背景技术

四旋翼飞行器，即在飞行器的机身中间部分延伸出四个臂，各个臂的末端分别安装电机与旋翼的飞行器。与传统的直升机不同，其四个旋翼不是共轴的，而是在不同的四个轴上，故也称作四轴飞行器。四旋翼飞行器的优点在于，由于有四个不共轴的旋翼，所以在力学上可以提供的动力驱动方式很多。只需要更改四个旋翼的转速，即可很方便的让飞行器做出上升，下降，俯仰，滚转等动作。也就是说，其灵活性非常好，力学结构与分析简单。

例如，要完成“俯冲”的动作，对于四旋翼飞行器，只需要减少前面两个电机的转速，同时加大后面两个电机的转速即可。无需像传统的直升机一样，还需要条件后面的平衡尾翼，以及各种机械结构。而由于力学特性较好，所以四旋翼飞行器的机械结构可以做的比较简单， 只需要机身中央延伸出四臂，再加上电机和旋翼即可。实际上，最早的四旋翼飞行器可以追溯到1907年，法国的Breguet制作的“旋翼机一号”。之后各国科学家都有研究。之所以没有大规模应用，主要是受制于当时的微处理器的发展。

而进入1960s年代以后，随着微处理器技术的大规模发展，微处理器已经能够对于飞行的姿态数据进行及时的解算，并准确的控制电机进行反馈，所以，四旋翼飞行器再度进入了人们的视野。从2004年开始，以国防科大，哈工大为代表的国内科研界对于四旋翼飞行器做了很多的建模与研究工作，而四旋翼飞行器在航拍，研究等工作中的应用也日益广泛。而由于微处理器的进一步soc化，以及姿态传感器（陀螺，加速度计等）的MEMS技术的大规模应用，整个四旋翼飞行器的电路已经可以集成到很小的PCB板上，因而，近年来微型四旋翼飞行器也得到了较大的发展。

而当前的微型四旋翼飞行器主要有以下一些缺点：1.处理器部分功耗较大；2.体积较大；3.外形上不尽合理，缺乏增加挂载外设能力与利于人手握持的设计；4.机身设计不够简洁，且缺少加固设计；5.无线通信方式单一，不利于调试，使用以及教学类应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低能耗基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器。

本发明的目的是通过如下途径实现的：一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，它包括机身、控制电路、电机、旋翼，所述的电机及旋翼各为四个，分别设于机身的四角，所述的机身为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上；控制电路包括型号为MSP430F5310的单片机，该单片机分别连接数字陀螺及加速度计、四个MOS管电机驱动电路及电源芯片，电源芯片与锂电池连接，四个MOS管电机驱动电路分别对应连接一电机。

作为本方案的进一步优化，所述的机身为正方形，其四个角上设有突出的半圆加固区，机身的四边分别设有一凹槽，两侧的凹槽上设有挂架。

作为本方案的进一步优化，所述的单片机还连接有JTAG调试接口。

作为本方案的进一步优化，所述的单片机还连接有无线通信接口。

本发明一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，使用的MSP430F5310单片机是TI公司最新推出的超低功耗单片机,该单片机在3v供电时全速运行电流195uA，待机电流仅有0.18uA，且功能强大；本发明的机身由核心电路PCB板直接切割产生，各个相关电子部分模块均采用直接焊接的形式进行安装（如JTAG接口，数字陀螺仪加速度计等）；本发明的机身外形设计充分考虑了挂载外设与人性化的需求，不仅设有挂架，而且有凹槽便于握持，有加固区对机身进行加固；本发明的通信接口可以兼容普通的2.4G通信与蓝牙通信，从而能多元化的调试与使用。

与现有技术比较，存在如下优点：1.功耗较低，尤其是控制器部分，MSP430F5310单片机是超低功耗级别的；2.外形较小，仅有10cm*10cm大小；3.机身部分直接用PCB制作，坚固轻便，加固区使得机身更稳固，而凹槽能方便使用中的握持，挂架可以方便的挂载电池，微型摄像头等外设；4.通信部分兼容普通的2.4G通信与蓝牙通信，可以使用智能手机控制，方便使用与调试。

总之，本发明功耗较低（使用了MSP430F5310超低功耗单片机），外形较小且有很多人性化的设计，而无线通信模式的多样也更加方便了调试，在实践中取得了较好的效果。功耗低，续航能力强，外形小巧，挂载外设能力强，控制方式多样，能较好的飞行，使用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明： 

图1为本发明外观结构示意图；

图2为本发明控制电路结构方框示意图；

图中，1、电机；2、机身；3、单片机；4、数字陀螺及加速度计；5、JTAG调试接口；6、MOS管电机驱动电路；7、电源芯片；8、锂电池；9、凹槽；10、挂架；11、半圆加固区；12、无线通信接口；13、旋翼。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，它包括机身2、控制电路、电机1、旋翼13，所述的电机1及旋翼13各为四个，分别设于机身2的四角，所述的机身2为PCB电路板切割制成，机身2为正方形，半圆加固区11分布于机身2的四角，由机身2的PCB电路板直接切割产生，呈现圆弧状，可以有效起到加固机身，强化机身与四臂的连接的作用；机身2的四边分别设有一凹槽9，也是由机身的PCB电路板直接切割产生，两侧的凹槽9上设有挂架10。可以用于挂载电池，以及摄像头等外接模块。实际使用中，使用者可以用手指抓住凹槽9部分，从而能方便的握持本发明；在需要挂载微型摄像头等外设时，可以用绑带绑到挂架10上面，从而能较为灵活的添加外设；而半圆加固区11能使得机身2更加的轻便坚固。

所述的控制电路直接焊接安装于PCB电路板上；控制电路包括型号为MSP430F5310的单片机3，该单片机3分别连接数字陀螺及加速度计4、四个MOS管电机驱动电路6及电源芯片7，电源芯片7与锂电池8连接，四个MOS管电机驱动电路6分别对应连接一电机1。

所述的单片机3还连接有JTAG调试接口5及无线通信接口12，无线通信接口12可以兼容普通2.4G通信芯片与蓝牙通信，便于调试和使用；实际使用中，通过JATG调试接口5将程序下载进入MSP430F5310单片机3中，插上锂电池8，然后使用无线通信接口12连接的2.4G航模遥控器进行操作，即可控制本发明进行飞行。又由于本发明的无线通信接口12兼容蓝牙通信，所以也可以通过智能手机来进行控制。

飞行的过程中，数字陀螺及加速度计4不断采集当前飞行器的姿态信息（包括三轴角速度，三轴加速度等），并传递到单片机3中，MSP430F5310单片机通过四元数算法等数字信号处理程序，将姿态信息解算并耦合到机体坐标系，再结合遥控器的数据，即可计算出当前旋翼13和电机1应该进行的动作。通过MOS管电机驱动6，将此信息传递到旋翼13和电机1，即可不断进行姿态修正，从而稳定的飞行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，它包括机身（2）、控制电路、电机（1）、旋翼（13），所述的电机（1）及旋翼（13）各为四个，分别设于机身（2）的四角，其特征在于：所述的机身（2）为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上；控制电路包括型号为MSP430F5310的单片机（3），该单片机（3）分别连接数字陀螺及加速度计（4）、四个MOS管电机驱动电路（6）及电源芯片（7），电源芯片（7）与锂电池（8）连接，四个MOS管电机驱动电路（6）分别对应连接一电机（1）。

2.如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在于：所述的机身（2）为正方形，其四个角上设有突出的半圆加固区（11），机身（2）的四边分别设有一凹槽（9），两侧的凹槽（9）上设有挂架（10）。

3.如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在于：所述的单片机（3）还连接有JTAG调试接口（5）。

4.如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在于：所述的单片机（3）还连接有无线通信接口（12）。