CN104133483A - 一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法 Download PDF

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熊中刚
贺娟
陈连贵
叶振环
令狐金卿
敖邦乾
罗素莲
曲祥君
刘健
包勇
李伟
欧光照
刘建
吴廷强
安玉
熊飞峤
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Abstract

本发明提供了一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，包括集成定位通讯模块、中央控制器、飞行控制模块、螺旋桨驱动电机、三轴陀螺仪、电源节能模块、充电管理模块、电池、充电口和地磁方位传感器；所述集成定位通讯模块、三轴陀螺仪、电源节能模块、地磁方位传感器的数据输出端均与中央控制器的输入端连接，所述中央控制器的输出端经飞行控制模块与螺旋桨驱动电机的输入端连接。本发明同时采取GSM/GPS双重定位的方式，可以广泛利用互联网或其他移动网络等进行信息、信号的传送，为定位和飞行控制带来了方便；其有效分配能源，符合现代低碳环保的理念，成本低、高效又节能。

Description

一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法。 
背景技术
早在上世纪中期，微小型多旋翼飞行器已经受到海外一些研究机构的亲睐，但多旋翼飞行器一般尺寸较小，负载能力较差，无法搭载传统的高精度传感器。直到本世纪初，MEMS传感器技术的发展使微小型多旋翼飞行器的研究得到突破。 
四旋翼飞行器四个螺旋桨分为两组，且旋转方向相反，必须通过改变各个螺旋桨的速度完成各种飞行动作。传统的四旋翼飞行器安装各种科学仪器后，可应用于科研和其它领域，比如农田信息的采集、林业资源勘探、灾害救助等，此种环境下四旋翼飞行器的距离将远远超出有限的遥控距离，无法完成有效控制。且对于飞行器的平衡问题，如专利号为ZL201220557994.3采用的三个陀螺仪，同时对于速度控制增加了三轴加速度，这样无疑增加了飞行器本身的重量，不利于远距离飞行；专利号ZL201320303844.4采用的蓝牙模块控制四旋翼飞行器的飞行，此种方式需要蓝牙对接，且通信距离有限；专利号ZL201320029529.7采用的GSM通信方式连接到手机，通过手机实现四旋翼飞行器的远程控制，但此种方式实时效果差，且均未考虑到节能的问题。 
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法，该基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统及其控制方法通过集成定位通讯模块、中央控制器、飞行控制模块、螺旋桨驱动电机、三轴陀螺仪、电源节能模块等解决了飞行器本身的重量大、通信距离有限和实时效果差的问题。 
本发明通过以下技术方案得以实现。 
本发明提供的一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，包括集成定位通讯模块、中央控制器、飞行控制模块、螺旋桨驱动电机、三轴陀螺仪、电源节能模块、充电管理模块、电池、充电口和地磁方位传感器；所述集成定位通讯模块、三轴陀螺仪、电源节能模块、地磁方位传感器的数据输出端均与中央控制器的输入端连接，所述中央控制器的输出端经飞行控制模块与螺旋桨驱动电机的输入端连接；所述集成定位通讯模块和电源节能模块的输入端均与充电管理模块的输出端连接，所述充电管理模块、电池、充电口依次顺序连接。 
所述集成定位通讯模块为GSM/GPRS/GPS模块，所述GSM/GPRS/GPS模块采用GPS/GSM相结合的双定位方式、GPRS/GSM相结合的网络通信方式。 
所述中央控制器的主控芯片为RL78系列的R5F100LE。 
所述三轴陀螺仪的主芯片是MPU-6050。 
一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统的控制方法，包括以下步骤： 
a、系统初始化操作； 
b、通过GPRS网络连通手机与飞行器之间的通信，并将AT指令与相应的命令指令对应存储到四旋翼飞行器的中央控制器的软件代码中； 
c、集成定位通讯模块定位功能的实现： 
在室内或大型障碍物下，系统会启动集成定位通讯模块的GSM/GPRS部分进行定位数据接收和传送； 
在室外空旷地，GPS定位效果较好时，则系统通过启用集成定位通讯模块的GPS部分进行定位数据接收和传送； 
d、定位数据经中央控制器进行分析处理，将采集的当前定位信息利用集成定位通讯模块的GSM/GPRS发送到预设定的告警号码、互联网，告知用户飞行器的当前位置信息； 
e、远程控制者使用手机经由GPSR通信窗口，发送相应AT指令到四旋翼飞行器的集成定位通讯模块，GPRS收到相应指令后，将命令指令送到中央控制器中； 
f、中央控制器分析处理后得到控制者的控制命令，并根据步骤c中集成定位通讯模块所得到的定位数据和地磁方位传感器的数据，生成出对四旋翼飞行器的飞行控制模块的控制命令，近而控制四旋翼飞行器的飞行动作。 
本发明的有益效果在于：同时采取GSM/GPS双重定位的方式，有效做到室内和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，且只需通过GPRS/GSM网络通信的功能与手机建立无线网络连接，就能实现远程实时通过手机对四旋翼飞行器的多功能控制，也可以广泛利用互联网或其他移动网络等进行信息、信号的传送，为定位和飞行控制带来了更多方便；通过设置的电源节能装置和充电管理装置，可以有效分配能源，并保证所有装置运作的节能，符合现代低碳环保的理念，成本 低，提高了系统数据通信的实时效果、降低能耗。 
附图说明
图1是本发明微型四旋翼飞行器控制系统的控制框图； 
图中：1-集成定位通讯模块，2-中央控制器，3-飞行控制模块，4-螺旋桨驱动电机，5-三轴陀螺仪，6-电源节能模块，7-充电管理模块，8-电池，9-充电口，10-地磁方位传感器。 
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。 
如图1所示的一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，包括集成定位通讯模块1、中央控制器2、飞行控制模块3、螺旋桨驱动电机4、三轴陀螺仪5、电源节能模块6、充电管理模块7、电池8、充电口9和地磁方位传感器10；所述集成定位通讯模块1、三轴陀螺仪5、电源节能模块6、地磁方位传感器10的数据输出端均与中央控制器2的输入端连接，所述中央控制器2的输出端经飞行控制模块3与螺旋桨驱动电机4的输入端连接；所述集成定位通讯模块1和电源节能模块6的输入端均与充电管理模块7的输出端连接，所述充电管理模块7、电池8、充电口9依次顺序连接。 
通过GPS/GSM相结合的双定位方式，有效做到室内和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，同时采用GPRS/GSM的通信方式，相比于传统的四旋翼器控制系统，能够更好的实现对四旋翼飞行器的实时控制；通过设置的电源节能装置和充电管理装置，可以有效分配能源，并保证所有装置运作的节能，符合现代低碳环保的理念。 
所述集成定位通讯模块1为GSM/GPRS/GPS模块，所述GSM/GPRS/GPS模块采用GPS/GSM相结合的双定位方式、GPRS/GSM相结合的网络通信方式。相比于传统的定位方式，避免了单一主机接受定位信息的局限性，可以广泛利用互联网、移动网络等进行信息、信号的传送，为定位和飞行控制带来了更多方便。 
所述中央控制器2的主控芯片为RL78系列的R5F100LE。 
所述三轴陀螺仪5的主芯片是MPU-6050。可以用来完成角度测量和角加速度检测,创造性的实现将三个正交轴的陀螺仪传感器与三正交轴加速度传感器六自由度集成一起，保证了飞行器的平衡飞行。 
所述基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统的控制方法，包括以下步骤： 
a、系统初始化操作； 
b、通过GPRS网络连通手机与飞行器之间的通信，并将AT指令与相应的命令指令对应存储到四旋翼飞行器的中央控制器2的软件代码中； 
c、集成定位通讯模块1定位功能的实现： 
在室内或大型障碍物下，系统会启动集成定位通讯模块1的GSM/GPRS部分进行定位数据接收和传送； 
在室外空旷地，GPS定位效果较好时，则系统通过启用集成定位通讯模块1的GPS部分进行定位数据接收和传送； 
d、定位数据经中央控制器2进行分析处理，将采集的当前定位信息利用集成定位通讯模块1的GSM/GPRS发送到预设定的告警号码、互联网，告知用户飞行器的当前位置信息； 
e、远程控制者使用手机经由GPSR通信窗口，发送相应AT指令到四旋翼飞行器的集成定位通讯模块1，GPRS收到相应指令后，将命 令指令送到中央控制器2中； 
f、中央控制器2分析处理后得到控制者的控制命令，并根据步骤c中集成定位通讯模块1所得到的定位数据和地磁方位传感器10的数据，生成出对四旋翼飞行器的飞行控制模块3的控制命令，近而控制四旋翼飞行器的飞行动作。 
本发明有益效果是体积小、高效节能、构思巧妙，同时采取GSM/GPS双重定位的方式，有效做到室内和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，且只需通过GPRS/GSM网络通信的功能与手机建立无线网络连接，就能实现远程实时通过手机对四旋翼飞行器的多功能控制，通过设置的电源节能装置和充电管理装置，可以有效分配能源，并保证所有装置运作的节能，符合现代低碳环保的理念，成本低，从而拓展了四旋翼飞行器的应用前景。 

Claims (5)

1.一种基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，包括集成定位通讯模块(1)、中央控制器(2)、飞行控制模块(3)、螺旋桨驱动电机(4)、三轴陀螺仪(5)、电源节能模块(6)、充电管理模块(7)、电池(8)、充电口(9)和地磁方位传感器(10)，其特征在于：所述集成定位通讯模块(1)、三轴陀螺仪(5)、电源节能模块(6)、地磁方位传感器(10)的数据输出端均与中央控制器(2)的输入端连接，所述中央控制器(2)的输出端经飞行控制模块(3)与螺旋桨驱动电机(4)的输入端连接；所述集成定位通讯模块(1)和电源节能模块(6)的输入端均与充电管理模块(7)的输出端连接，所述充电管理模块(7)、电池(8)、充电口(9)依次顺序连接。
2.如权利要求1所述的基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于：所述集成定位通讯模块(1)为GSM/GPRS/GPS模块，所述GSM/GPRS/GPS模块采用GPS/GSM相结合的双定位方式、GPRS/GSM相结合的网络通信方式。
3.如权利要求1所述的基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于：所述中央控制器(2)的主控芯片为RL78系列的R5F100LE。
4.如权利要求1所述的基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于：所述三轴陀螺仪(5)的主芯片是MPU-6050。
5.一种权利要求1～4任一所述的基于集成定位通讯模块的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
a、系统初始化操作；
b、通过GPRS网络连通手机与飞行器之间的通信，并将AT指令与相应的命令指令对应存储到四旋翼飞行器的中央控制器(2)的软件代码中；
c、集成定位通讯模块模块(1)定位功能的实现：
在室内或大型障碍物下，系统会启动集成定位通讯模块模块(1)的GSM/GPRS部分进行定位数据接收和传送；
在室外空旷地，GPS定位效果较好时，则系统通过启用集成定位通讯模块模块(1)的GPS部分进行定位数据接收和传送；
d、定位数据经中央控制器(2)进行分析处理，将采集的当前定位信息利用集成定位通讯模块模块(1)的GSM/GPRS发送到预设定的告警号码、互联网，告知用户飞行器的当前位置信息；
e、远程控制者使用手机经由GPSR通信窗口，发送相应AT指令到四旋翼飞行器的集成定位通讯模块模块(1)，GPRS收到相应指令后，将命令指令送到中央控制器(2)中；
f、中央控制器(2)分析处理后得到控制者的控制命令，并根据步骤c中集成定位通讯模块模块(1)所得到的定位数据和地磁方位传感器(10)的数据，生成出对四旋翼飞行器的飞行控制模块(3)的控制命令，近而控制四旋翼飞行器的飞行动作。
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