CN106802661A - 基于双控制器的多旋翼无人机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双控制器的多旋翼无人机控制系统，包括通过SPI接口进行双机通信的主控制器和从控制器，主控制器连接有气压传感器、地磁传感器、GPS模块、遥控器接收机以及XBEE模块；从控制器连接有存储卡、加速度传感器、陀螺仪传感器、无刷电机调速器以及电源模块。本发明采用主控器和从控制器双处理器，主控制器完成地面站通信、气压传感器和地磁传感器信号采集、导航数据融合和推算以及速度和位置控制功能，从控制器完成加速度传感器和陀螺仪传感器信号采集、飞行姿态推算、姿态控制、电机控制信号输出功能，双控制器各自实时处理数据，协调工作，达到自主飞行的目的，本发明结构可靠，运算处理能力强，稳定性高。

Description

基于双控制器的多旋翼无人机控制系统

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机控制系统，具体是一种基于双控制器的多旋翼无人机控制系统。

背景技术

随着科学技术的进步和时代发展的需求，无人机无论在军事还是民用领域都具有广泛的应用前景。近年来，对无人机领域的研究已得到国内外各大研究机构的重视，特别是微小型多旋翼无人机的研究得到迅猛的发展。微小型多旋翼无人机可广泛应用于军亊侦察、高空拍摄、交通监控及自然灾害勘察等领域。因此，实现微小型多旋翼无人机的自主飞行具有重要的现实意义。然而，实现无人机的自主飞行不可避免地要涉及到飞行器姿态、速度、位置这几个大方而的控制运算，因此对于控制器的运算能力有很高的要求。

现有的飞行控制系统一般采用AKM7、DSP等高速处理器作为控制芯片。对于这类单芯片飞控系统，一个控制周期内要完成数据采集、数据处理、控制运算及指令输出，同时还需将数据输出到监控系统，过重的负荷影响了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双控制器的多旋翼无人机控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于双控制器的多旋翼无人机控制系统，包括通过SPI接口进行双机通信的主控制器和从控制器，所述主控制器连接有气压传感器、地磁传感器、GPS模块、遥控器接收机以及XBEE模块；所述从控制器连接有存储卡、加速度传感器、陀螺仪传感器、无刷电机调速器以及电源模块；

所述气压传感器和地磁传感器，分别采集多旋翼无人机当前位置的气压数据和地磁数据，用于分析出多旋翼无人机当前的高度坐标；

所述GPS模块，采集多旋翼无人机当前位置的平面定位坐标；

所述遥控器接收机，通过无线网络连接遥控发射机，接收遥控发射机输出的控制信号并转送到主控制器；

所述XBEE模块，是一种远距离低功耗的无线数传模块，连接地面站，将气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据传输到地面站进行显示和存储；

所述存储卡，用于存储气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据；

所述加速度传感器和陀螺仪传感器，分别采集多旋翼无人机当前状态的三轴线加速度、三轴角速度、三轴姿态角度和线速度数据，用于分析出多旋翼无人机的飞行姿态；

所述无刷电机调速器，根据从控制器输出的电机控制信号，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制；

所述电源模块，用于给控制系统供电，并根据从控制器输出的电源控制信号，控制电源的通断；

所述主控制器，进行气压传感器和地磁传感器数据读取，与地面站通信，经XBEE模块发送到地面站进行显示和存储；进行GPS数据读取，完成导航数据融合和推算，实现速度和位置控制；进行遥控器控制信号接收，并与从控制器进行双向通信；

所述从控制器，进行加速度传感器和陀螺仪传感器数据读取，进行飞行姿态推算，实现飞行姿态控制，输出电机控制信号和电源控制信号，并与主控制器进行双向通信。

本发明的有益效果：本发明提供的多旋翼无人机控制系统，采用主控器和从控制器双处理器，主控制器完成地面站通信、气压传感器和地磁传感器信号采集、导航数据融合和推算以及速度和位置控制功能，从控制器完成加速度传感器和陀螺仪传感器信号采集、飞行姿态推算、姿态控制、电机控制信号输出功能，双控制器各自实时处理数据，协调工作，达到自主飞行的目的，本发明结构可靠，运算处理能力强，稳定性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于双控制器的多旋翼无人机控制系统，包括通过SPI接口进行双机通信的主控制器和从控制器，主控制器连接有气压传感器、地磁传感器、GPS模块、遥控器接收机以及XBEE模块，从控制器连接有存储卡、加速度传感器、陀螺仪传感器、无刷电机调速器以及电源模块。

气压传感器和地磁传感器，分别采集多旋翼无人机当前位置的气压数据和地磁数据，用于分析出多旋翼无人机当前的高度坐标。

GPS模块，采集多旋翼无人机当前位置的平面定位坐标。

遥控器接收机，通过无线网络连接遥控发射机，接收遥控发射机输出的控制信号并转送到主控制器。

XBEE模块，是一种远距离低功耗的无线数传模块，连接地面站，将气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据传输到地面站进行显示和存储。

存储卡，用于存储气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据。

加速度传感器和陀螺仪传感器，分别采集多旋翼无人机当前状态的三轴线加速度、三轴角速度、三轴姿态角度和线速度数据，用于分析出多旋翼无人机的飞行姿态。

无刷电机调速器，根据从控制器输出的电机控制信号，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制。

电源模块，用于给控制系统供电，并根据从控制器输出的电源控制信号，控制电源的通断。

主控制器，进行气压传感器和地磁传感器数据读取，与地面站通信，经XBEE模块发送到地面站进行显示和存储；进行GPS数据读取，完成导航数据融合和推算，实现速度和位置控制；进行遥控器控制信号接收，并与从控制器进行双向通信。

从控制器，进行加速度传感器和陀螺仪传感器数据读取，进行飞行姿态推算，实现飞行姿态控制，输出电机控制信号和电源控制信号，并与主控制器进行双向通信。

主控制器和从控制器均采用STM32F107VCT6微处理器，时钟频率达到72MHz，其丰富硬件接口资源及功能强大的DMA控制方式，充分保证无人机控制系统的稳定性与实时性。主控制器和从控制器之间采用高达18MHz的SPI接口进行双机通信。针对实际应用，对通信接口增加硬件握手，主机每次在传输数据前询问从机状态，如准备好，则开始发送数据。这样可以避免主机发送数据时，而从机正处于中断接收配置代码区，无法接收数据，造成数据丢失，无法正确接收数据。

本发明提供的多旋翼无人机控制系统，采用主控器和从控制器双处理器，主控制器完成地面站通信、气压传感器和地磁传感器信号采集、导航数据融合和推算以及速度和位置控制功能，从控制器完成加速度传感器和陀螺仪传感器信号采集、飞行姿态推算、姿态控制、电机控制信号输出功能，双控制器各自实时处理数据，协调工作，达到自主飞行的目的，本发明结构可靠，运算处理能力强，稳定性高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.基于双控制器的多旋翼无人机控制系统，其特征在于：包括通过SPI接口进行双机通信的主控制器和从控制器，所述主控制器连接有气压传感器、地磁传感器、GPS模块、遥控器接收机以及XBEE模块；所述从控制器连接有存储卡、加速度传感器、陀螺仪传感器、无刷电机调速器以及电源模块；

所述气压传感器和地磁传感器，分别采集多旋翼无人机当前位置的气压数据和地磁数据，用于分析出多旋翼无人机当前的高度坐标；

所述GPS模块，采集多旋翼无人机当前位置的平面定位坐标；

所述遥控器接收机，通过无线网络连接遥控发射机，接收遥控发射机输出的控制信号并转送到主控制器；

所述XBEE模块，是一种远距离低功耗的无线数传模块，连接地面站，将气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据传输到地面站进行显示和存储；

所述存储卡，用于存储气压传感器、地磁传感器、GPS模块以及惯性导航集成模块采集的数据；

所述加速度传感器和陀螺仪传感器，分别采集多旋翼无人机当前状态的三轴线加速度、三轴角速度、三轴姿态角度和线速度数据，用于分析出多旋翼无人机的飞行姿态；

所述无刷电机调速器，根据从控制器输出的电机控制信号，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制；

所述电源模块，用于给控制系统供电，并根据从控制器输出的电源控制信号，控制电源的通断；

所述主控制器，进行气压传感器和地磁传感器数据读取，与地面站通信，经XBEE模块发送到地面站进行显示和存储；进行GPS数据读取，完成导航数据融合和推算，实现速度和位置控制；进行遥控器控制信号接收，并与从控制器进行双向通信；

所述从控制器，进行加速度传感器和陀螺仪传感器数据读取，进行飞行姿态推算，实现飞行姿态控制，输出电机控制信号和电源控制信号，并与主控制器进行双向通信。