CN105589469A - 使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器 - Google Patents

使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器 Download PDF

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郑睿
陈名锋
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Abstract

本发明公开了一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器,包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块。wifi路由模块安装在四轴飞行器上,通过和操作设备(智能手机)之间建立wiFi局域网,实现对四个飞行控制信号(油门,偏航,前后,侧向)的接收。同时wifi路由模块通过串口与四轴飞行器主控板进行通信,将接收到的控制信号传输给飞行器主控板,实现对四轴飞行器的控制。wifi路由模块挂载了一个USB摄像头,其拍摄的视频可以在操作设备端通过wifi进行实时观看和存储。四轴飞行器的操作控制和视频显示,都集中在手机客户端,操作起来十分的简单和方便,用户体验更好。

Description

使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器。
背景技术
[0002] 基于四轴飞行器的视频采集设备主要用于航拍领域。由于它的尺寸较小、重量较 轻、飞行平稳、具备自主导航飞行能力等等特点,其运用也越来越广泛。传统的四轴飞行器 视频采集设备一般采用无线射频信号来控制飞行器,需要单独的遥控器。同时视频信号的 传输也是采用无线射频的方式,不仅清晰度不高、失真较大,同时也需要额外的视频接收和 显示设备,使得整个控制端过于复杂,而且携带起来非常不方便。wifi作为一种常见的无线 通信方式,其稳定、传输数据量大、通信距离较远,同时也是一种十分常见的无线传输方式, 广泛地集成在我们日常的电子设备之中(手机、笔记本)。wifi视频传输技术较为成熟、可 以满足高清视频传输,也十分适用于四轴飞行器视频采集设备。
发明内容
[0003] 针对上述所述不足,本发明的目的是公开一种使用wifi进行操控和视频传输的四 轴飞行器。其控制和视频信号的传输均采用wifi网络信号实现,只需要一个手机客户端,就 可以完成对视频的接收和对四轴飞行器的操作,十分的简单和方便,用户体验也更好,以解 决上述问题至少一个方面。
[0004] 为实现上述目的,本发明的技术方案为:一种使用wifi进行操控和视频传输的四 轴飞行器设备,包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块,飞 控板基于stm32芯片Wifi,拥有陀螺仪、加速度计外设;wifi路由采用RT5350芯片,具有8M FLASH和32M SDRAM,wifi路由模块采用开源的openwrt操作系统;摄像头为最大分辨率 720p的USB无驱摄像头;手机程序模块采用android系统开发;通过wifi路由和手机之间 建立的局域网,实现对控制信号和视频信号的传输;可以通过手机客户端实现对四轴飞行 器各种运动状态的控制,在移动终端上查看四轴飞行器拍摄到的视频并且对视频信号进行 存储。
[0005] 飞控板部分主要用于控制四轴飞行器的各种飞行运动,主要包括垂直运动,俯仰 运动,滚转运动,偏航运动,前后运动,侧向运动。四轴飞行器是一个具有6个自由度和4个 输入的欠驱动系统,具有不稳定和强耦合等特点,所以控制其稳定飞行也是关键。本系统采 用常用的PID控制算法来进行控制,主控通过计算分析陀螺仪、加速度计等采集到的数据, 进行四轴飞行器控姿态的解算,和预定的四轴飞行器姿态进行比较,通过PID运算将控制 量输出给四个电机完成对四轴飞行器姿态的控制。主控与wifi路由模块的通讯使用RS232 串口,可以接收控制命令,并且传输四轴飞行器运行参数。四轴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。
[0006] Wifi路由器采用微型wifi路由模块,通过烧写OpenWRT操作系统进行编程和功能修 改,OpenWRT是一个嵌入式的Linux发行版,是主流路由器固件之一。路由具有USB和RS232 接口,通过烧写相应的驱动程序,在USB接口上挂载一个网络摄像头,使用RS232接口和四 轴主控进行通信。wifi路由器将网络摄像头拍摄到的视频传输给手机客服端,供用户查看。 同时wifi路由器将手机客户端传输过来的控制命令通过串口传输给四轴主控,控制四轴飞 行器进行各种飞行运动。控制命令采用表1的协议完成,采用ASC- II码格式进行传输。
[0007] 表1控制命令帧格式
[0008]
Figure CN105589469AD00041
附图说明
[0009] 图1为本发明的总体框图。
具体实施方式
[0010] 以下结合附图对本发明进行详细的描述。
[0011] 如图1所示,本发明公开了一种使用wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器,主 要包括飞控板、wifi路由模块、电源部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块。飞控板基于 stm32芯片Wifi,同时拥有陀螺仪、加速度计等外设;wifi路由采用RT5350芯片,同时具有8M FLASH和32M SDRAM,路由的操作系统采用开源的openwrt操作系统;摄像头为最大分辨率 720p的USB无驱摄像头;手机应用程序采用android进行开发。
[0012] 飞控板负责对四轴飞行器的飞行进行控制,主要包括保持飞行的稳定和接收控制 命令完成预定的飞行运动。四轴飞行器是一个具有6个自由度和4个输入的欠驱动系统,同 时在飞行过程中空气流动等干扰都会对影响飞行的平稳,所以控制四轴平稳飞行是关键。 飞控板通过陀螺仪和加速度计测量得到的数据,经过姿态解算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。
[0013] 飞控板对控制命令的接收主要通过串口由wifi路由模块转发过来。四轴的运动控 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。使用表1所示的通信协议,wifi路由通过串口转发由手机端传输过来的控制命 令给飞控板,完成四轴飞行器运动状态的控制。
[0014] wifi路由模块负责整个四轴设备的通信和视频传输。模块主要是基于一个RT5350 芯片。RT5350是一个主要用于路由和wifi热点的片上系统(S0C)芯片,它以Imagination Technologies公司的MIPS3224KEC为核心,同时集成了 wifi模块,USB模块。为了满足视频 传输的要求,模块同时配备了 8M FLASH和32M SDRAM。通过对RT5350烧写开源的OpenWRT 固件,同时安装SER2NET网口、串口数据互转软件,实现串口的wifi网络透传;安装摄像头驱 动,实现wifi视频的传输。
[0015] 手机操作客户端采用java编写基于android系统的应用程序。应用程序主要实 现:使用wifi连接四轴飞行器端的wifi路由,构建wifi局域网;访问wifi路由端挂载的摄像 头,实现对拍摄的视频进行实时显示和存储;具有摇杆、按键等操作控件,实现对四轴飞行 器飞行运动进行控制;具有异常处理功能,比如当wifi断开连接时,会有报警提示,同时四 轴飞行器会自动返航。
[0016] 以上仅为发明的具体实施例,但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明 为基础,为实现基本相同的技术效果,所作出地简单变化、等同替换或者修饰等,皆涵盖于 本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1. 一种使用Wifi进行操控和视频传输的四轴飞行器,包括飞控板、wifi路由模块、电源 部分、电机驱动、摄像头、手机程序模块,飞控板基于Stm32芯片Wifi,拥有陀螺仪、加速度 计外设;wifi路由采用RT5350芯片,具有8M FLASH和32M SDRAM,wifi路由模块采用开源 的openwrt操作系统;摄像头为最大分辨率720p的USB无驱摄像头;手机程序模块采用 android系统开发; 其特征在于:通过wifi路由和手机之间建立的局域网,实现对控制信号和视频信号的 传输;可以通过手机客户端实现对四轴飞行器各种运动状态的控制,在移动终端上查看四 轴飞行器拍摄到的视频并且对视频信号进行存储。
2. 根据权利要求1所述的四轴飞行器,其特征在于:飞控板负责对四轴飞行器的飞行 进行控制,包括保持飞行的稳定和接收控制命令完成预定的飞行运动。
3. 根据权利要求1所述的四轴飞行器,其特征在于:飞控板与wifi路由模块的通讯使 用RS232串口,接收控制命令,并且传输四轴飞行器运行参数。
4. 根据权利要求1所述的四轴飞行器,其特征在于:wifi路由模块负责整个四轴设备的 通信和视频传输,采用微型wifi路由模块,通过烧写openWRT固件,实现挂载USB摄像头和 串口 wifi透传。
5. 根据权利要求4所述的四轴飞行器,其特征在于:手机程序模炔基于android操作 系统,手机程序模块具有摇杆、按键操作控件。
6. 根据权利要求1至5任一权利要求所述的四轴飞行器,其特征在于:wifi断开连接 时,四轴飞行器自动返航。
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