CN106814743A - 基于dsp的多旋翼无人机驱动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于DSP的多旋翼无人机驱动控制系统，通过惯性导航集成模块和声纳传感器采集无人机飞行姿态和高度位置数据，发送给ARM嵌入式控制器，计算输出转速信号到DSP模块，DSP模块根据手自动切换模块输出的切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通，输出PMW波给无刷电机调速器驱动无刷电机转动，实现了四旋翼无人机的自主飞行；如果DSP模块选通的是手动控制信号，无人机处于手动飞行状态，将遥控器输出的控制杆量信号转换成转速信号，驱动无刷电机转动，多旋翼无人机飞行数据还可以通过ARM控制器自带的WiFi无线传输到地面站进行显示与存储，结构简单，成本低，使用方便。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机驱动控制系统，具体是一种基于DSP的多旋翼无人机驱动控制系统。
背景技术
近几十年来，随着航空电子以及微机电系统技术的飞速发展，无人机的发展进入鼎盛时期。以美国为首的西方国家，掌握着先进的无人机技术。在科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争中，美军的无人机在战场上发挥了巨大的作用，不论是侦察功能强大的“全球鹰”，还是装备了“地狱火”地对空导弹的“捕食者”，高精度的机载传感器系统，是无人机实现其功能的重要保障。
不同于固定翼无人机需要机翼相对于大气运动产生的压力差作为无人机的升力，旋翼无人机通过旋翼的旋转来产生升力，这也使得旋翼无人机可以实现垂直起降、空中悬停、倒飞等固定翼无人机无法实现的功能。旋翼无人机的机动性比固定翼无人机强，适用于航拍、高压电线巡检等。
多旋翼无人机是无人机研究中的一个热门，与单旋翼相比，它结构简单，由多个带旋翼的电机转动提供升力，与单旋翼不同的是它的旋翼桨面的倾斜度是固定不变的，姿态和位置通过改变各个电机的转速形成转速差来控制。它机动性强，可以在室内相对狭小的空间飞行；效率高，一对电机顺时针旋转，另一对逆时针旋转，由电机旋转产生的旋转力矩相互抵消，而不需像单旋翼一样增加尾桨来抵消主桨的旋转力矩。但这种无人机负载较小，因此对机载硬件的要求也更加严格。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于DSP的多旋翼无人机驱动控制系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于DSP的多旋翼无人机驱动控制系统，包括惯性导航集成模块、声纳传感器、ARM嵌入式控制器、DSP模块、遥控信号接收模块、手自动切换模块、信号转换模块、无刷电机调速器以及电机转速采样模块；
所述惯性导航集成模块，用于采集多旋翼无人机的飞行姿态数据，通过RS-232接口输出到ARM嵌入式控制器；
所述声纳传感器，用于采集多旋翼无人机的飞行高度数据，通过I2C接口输出到ARM嵌入式控制器；
所述ARM嵌入式控制器，通过WIFI无线连接地面站，将接收到的飞行姿态数据和飞行高度数据发送给地面站，并使用控制算法程序对数据进行计算，输出转速信号到无刷电机调速器；
所述遥控信号接收模块，连接多旋翼无人机遥控器，接收遥控器发出的控制杆量信号，并输出到信号转换模块；
所述手自动切换模块，根据遥控信号接收模块是否接收到遥控器信号，输出切换信号到DSP模块，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通；
所述信号转换模块，将遥控信号接收模块输出的控制杆量信号解算成转速信号，并输出到DSP模块；
所述DSP模块，与ARM嵌入式控制器通信，接收转速信号；接收信号转换模块输出的转速信号；接收手自动切换模块输出的切换信号，根据切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通；输出PWM波给无刷电机调速器，驱动无刷电机转动；釆样电机转速采样模块输出的电机转速数据，完成电机转速闭环控制；
所述无刷电机调速器，根据DSP模块输出的PWM波，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制；
所述电机转速采样模块，实时采集各无刷电机的转速数据，输出到DSP模块。
本发明的有益效果：本发明提供的多旋翼无人机驱动控制系统，通过惯性导航集成模块和声纳传感器采集无人机飞行姿态和高度位置数据，发送给ARM嵌入式控制器，计算输出转速信号到DSP模块，DSP模块根据手自动切换模块输出的切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通，输出PMW波给无刷电机调速器驱动无刷电机转动，实现了四旋翼无人机的自主飞行；如果DSP模块选通的是手动控制信号，无人机处于手动飞行状态，将遥控器输出的控制杆量信号转换成转速信号，驱动无刷电机转动，多旋翼无人机飞行数据还可以通过ARM控制器自带的WiFi无线传输到地面站进行显示与存储，结构简单，成本低，使用方便。
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DSP的多旋翼无人机驱动控制系统，包括惯性导航集成模块、声纳传感器、ARM嵌入式控制器、DSP模块、遥控信号接收模块、手自动切换模块、信号转换模块、无刷电机调速器以及电机转速采样模块。
惯性导航集成模块，采用荷兰Xcens公司的MTi-G惯性导航集成模块，用于采集多旋翼无人机的飞行姿态数据，通过RS-232接口输出到ARM嵌入式控制器。其中，飞行姿态数据包括三轴线加速度、三轴角速度、三轴地磁场强度、三轴姿态角度、经度纬度、海拔高度和线速度等物理暈，每一个物理量都对应相应的坐标系，是多旋翼无人机自主飞行时需要的重要数据。
MTi-G惯性导航集成模块是一个带有导航和姿态、航向参考系统处理器的GPS与微机电惯性测量单元的整合系统，其内部低功耗的信号处理器运行的实时卡尔曼滤波程序增强了3D位置和速度估计的精度，能提供无漂移的三轴姿态，还有经过校正的3D线加速度、角速度、地磁场以及静态气压信号，是一款性能出色的导航、控制测量设备。
声纳传感器，采用Devantech公司的Srf-08超声波传感模块，用于采集多旋翼无人机的飞行高度数据，通过I2C接口输出到ARM嵌入式控制器。
ARM嵌入式控制器，通过WIFI无线连接地面站，将接收到的飞行姿态数据和飞行高度数据发送给地面站，并使用控制算法程序对数据进行计算，输出转速信号到无刷电机调速器。
遥控信号接收模块，连接多旋翼无人机遥控器，接收遥控器发出的控制杆量信号，并输出到信号转换模块。
手自动切换模块，根据遥控信号接收模块是否接收到遥控器信号，输出切换信号到DSP模块，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通。
信号转换模块，将遥控信号接收模块输出的控制杆量信号解算成转速信号，并输出到DSP模块。
DSP模块，与ARM嵌入式控制器通信，接收转速信号；接收信号转换模块输出的转速信号；接收手自动切换模块输出的切换信号，根据切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通；输出PWM波给无刷电机调速器，驱动无刷电机转动；釆样电机转速采样模块输出的电机转速数据，完成电机转速闭环控制。
无刷电机调速器，根据DSP模块输出的PWM波，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制。
电机转速采样模块，实时采集各无刷电机的转速数据，输出到DSP模块。
本发明提供的多旋翼无人机驱动控制系统，通过惯性导航集成模块和声纳传感器采集无人机飞行姿态和高度位置数据，发送给ARM嵌入式控制器，计算输出转速信号到DSP模块，DSP模块根据手自动切换模块输出的切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通，输出PMW波给无刷电机调速器驱动无刷电机转动，实现了四旋翼无人机的自主飞行；如果DSP模块选通的是手动控制信号，无人机处于手动飞行状态，将遥控器输出的控制杆量信号转换成转速信号，驱动无刷电机转动，多旋翼无人机飞行数据还可以通过ARM控制器自带的WiFi无线传输到地面站进行显示与存储，结构简单，成本低，使用方便。
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DSP的多旋翼无人机驱动控制系统，其特征在于：包括惯性导航集成模块、声纳传感器、ARM嵌入式控制器、DSP模块、遥控信号接收模块、手自动切换模块、信号转换模块、无刷电机调速器以及电机转速采样模块；
所述惯性导航集成模块，用于采集多旋翼无人机的飞行姿态数据，通过RS-232接口输出到ARM嵌入式控制器；
所述声纳传感器，用于采集多旋翼无人机的飞行高度数据，通过I2C接口输出到ARM嵌入式控制器；
所述ARM嵌入式控制器，通过WIFI无线连接地面站，将接收到的飞行姿态数据和飞行高度数据发送给地面站，并使用控制算法程序对数据进行计算，输出转速信号到无刷电机调速器；
所述遥控信号接收模块，连接多旋翼无人机遥控器，接收遥控器发出的控制杆量信号，并输出到信号转换模块；
所述手自动切换模块，根据遥控信号接收模块是否接收到遥控器信号，输出切换信号到DSP模块，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通；
所述信号转换模块，将遥控信号接收模块输出的控制杆量信号解算成转速信号，并输出到DSP模块；
所述DSP模块，与ARM嵌入式控制器通信，接收转速信号；接收信号转换模块输出的转速信号；接收手自动切换模块输出的切换信号，根据切换信号，完成手动控制与自动控制时电机转速信号的选通；输出PWM波给无刷电机调速器，驱动无刷电机转动；釆样电机转速采样模块输出的电机转速数据，完成电机转速闭环控制；
所述无刷电机调速器，根据DSP模块输出的PWM波，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制；
所述电机转速采样模块，实时采集各无刷电机的转速数据，输出到DSP模块。
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