CN108319285A - 一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法,第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径;同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器,第二控制器解析报文获取跟踪路径,利用加速度计和陀螺仪采集的姿态信息,通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,实现目标跟踪。本发明具有跟踪精度高、超低功耗、人机交互性好、成本低廉等特点。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域,具体涉及一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法。
背景技术
四旋翼飞行器也称为时四旋翼直升机,是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器。智能跟踪四旋翼飞行器能够针对特定的路径使用特定的传感器进行路径识别,按一定的算法使车体沿特定的路径或者跟踪特定的物体飞行。常见的路径方法有GPS定位、人工遥控。采用GPS定位可以在任何光照进行自动跟踪具有识别精度高、适用范围广等特点,但是对卫星信号要求高,且在室内跟踪能力弱。人工遥控具有安全系数高、方法简单等特点,但是人工遥控只能完成视野范围内的任务,且需要长时间培养人员灵活操作飞行器。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法,无需卫星信号和培养人员且飞行器在室内依旧能够自主循迹,简单可靠。
为实现上述目的,本发明的技术方案是:一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统,包括第一控制器、第二控制器、高度检测模块、图像采集模块、电源模块、电子调速器、加速度计和陀螺仪;
所述第一控制器分别与高度检测模块、图像采集模块和第二控制器连接,所述第二控制器还与电子调速器、加速度计和陀螺仪连接;电源模块用于给四旋翼飞行器跟踪控制系统供电;
所述第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径;同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器,所述第二控制器解析报文获取跟踪路径,所述加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器,所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,实现目标跟踪。
进一步地,还包括显示模块,所述显示模块与第一控制器连接,用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置。
进一步地,还包括键盘,所述键盘与第一控制器连接,键盘包括启动、复位、停止和调试功能键。
进一步地,所述第一控制器型号为R5F523T5ADFM。
进一步地,所述第二控制器型号为STM32F407ZET6。
进一步地,所述图像采集模块包括型号为OV7725的摄像头。
基于上述的四旋翼飞行器跟踪控制系统的控制方法,包括以下步骤:
步骤S1:系统设备初始化;
步骤S2:高度检测模块检测飞行器当前的高度数据,发送至第一控制器,第一控制器对当前的高度数据与设定高度进行对比,计算高度偏差,通过PID控制算法调节输出量;
步骤S3:图像采集模块采集图像数据发送至第一控制器,第一控制器对获取的图像数据进行分析计算,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,获取当前飞行器位置与跟踪目标的方向偏差,当跟踪目标在飞行器的左边时,通过PID控制算法调节横向roll值减小,当跟踪目标在飞行器的右边时,通过PID控制算法调节横向roll值增大;
步骤S4:第一控制器根据高度偏差和方向偏差规划跟踪路径,同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器;
步骤S5:第二控制器解析报文获取跟踪路径,加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器,所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上的电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,使飞行器移动,实现目标跟踪。
进一步地,所述第一控制器连接一显示模块,用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置。
进一步地,所述第一控制器连接一键盘,所述键盘包括启动、复位、停止和调试功能键。
与现有技术相比,本发明具有有益效果:不仅可以实现对动态的物体进行识别、跟踪和路径规划,还可以对行驶过程进行记录,具有跟踪精度高、超低功耗、人机交互性好、成本低廉等特点。
附图说明
图1是本发明基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统一实施例的结构示意图;
图2是本发明基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统一实施例的软件架构示意图;
图3是本发明基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统的控制方法中高度控制流程图;
图4是本发明基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统的控制方法中方向控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
四旋翼飞行器包括飞行器主体、置于车体左前方向的左前桨叶、置于车体右前方的右前桨叶、置于车体左后方的左后桨叶、置于车体右后方的右后桨叶。飞行器主体上安装有四旋翼飞行器跟踪控制系统的硬件电路板,如图1所示,包括第一控制器、第二控制器、高度检测模块、图像采集模块、电源模块、电子调速器、加速度计和陀螺仪;第一控制器分别与高度检测模块、图像采集模块和第二控制器连接,所述第二控制器还与电子调速器、加速度计和陀螺仪连接;电源模块用于给四旋翼飞行器跟踪控制系统供电。还有一键盘和一显示模块分别与第一控制器连接,键盘包括启动、复位、停止和调试功能键,显示模块用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置,以便于进行更直观的操控,实现良好的人机交互。
第一控制器采用超低功耗、稳定性好、片上外设丰富的瑞萨公司的32位单片机R5F523T5ADFM微控制器,第二控制器采用超低功耗、稳定性好、片上外设丰富的ST公司的M4内核的32位单片机STM32F407ZET6微控制器,图像采集模块采用OV公司的CMOS传感器OV7725为主体的摄像头,OV7725摄像头将采集到的图像信息以DMA的通信方式发送给瑞萨RX23T单片机,高度检测模块采用带温度补偿的US-100超声波模块,US-100超声波模块将采集的高度信息以串口通信方式发送给瑞萨RX23T单片机,电子调速器采用好盈公司天行者20A,电源模块采用2600mAh 3S 11.1V 25C 锂聚合物电池组和TPS7350、LM2940、AMS1117和MC34063作为电源芯片,键盘以普通I/O方式与瑞萨RX23T单片机连接,显示模块采用高亮度、低功耗、体积小、质量轻的0.96寸OLED显示屏。
瑞萨RX23T单片机对OV7725摄像头采集回来的图像和超声波检测出的高度进行分析和处理,识别出跟踪目标和解析出自身位置,然后进行路径规划,并将采集的图像和自身位置、路径等信息实时显示在OLED上,同时将规划好的路径编成报文,通过串口传输发送到STM32F4单片机上。STM32F4单片机通过解析报文获取规划的路径,陀螺仪和加速计将采集的姿态信息以I2C通信方式发送给STM32F4单片机,STM32F4单片机将采集到的姿态信息通过四元数算法解算出自身姿态,在结合瑞萨RX23T单片机发送的行径方向、速度等信息计算出飞行器的控制量发送给好盈天行者电子调速器,电子调速器控制旋翼上四个无刷电机的转动速度,实现飞行器直行、前进、升高等不同动作,最终实现四旋翼飞行器自动跟制地面的路径。
如图2所示系统整体的软件架构示意图,瑞萨RX23T单片机初始化包括系统时钟初始化,GPIO初始化,设备初始化包括:陀螺仪初始化、加速度计初始化、超声波初始化、摄像头初始化、OLED初始化及外部中断初始化。通过通过主函数循环调用按键扫描、按键处理、路径检测算法、OLED显示等子函数,使系统正常工作。
图3是飞行器定高控制的软件流程图。定高控制过程为:超声波采集的数据发送给瑞萨RX23T单片机,单机机将数据与设定高度进行对比,算出偏差量,然后用PID控制算法进行高度控制。
图4是飞行器悬停与跟踪控制的软件流程图。在定高的基础上进行循迹与悬停PID控制,由瑞萨RX23T采集OV7725摄像头送入FIFO中的数据,在将获取的图像进行分析计算,获取当前四旋翼的位置与跟随目标的路径偏差,当跟随目标小车(或起点)在四旋翼的左边时,PID调节横向roll值减小,在四旋翼右侧时,PID调节横向roll值增大。
第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径;同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器,所述第二控制器解析报文获取跟踪路径,所述加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器,所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,实现飞行器直行、前进、升高等不同动作,实现目标跟踪。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和成果进行了详尽说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,包括第一控制器、第二控制器、高度检测模块、图像采集模块、电源模块、电子调速器、加速度计和陀螺仪;
所述第一控制器分别与高度检测模块、图像采集模块和第二控制器连接,所述第二控制器还与电子调速器、加速度计和陀螺仪连接;电源模块用于给四旋翼飞行器跟踪控制系统供电;
所述第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径;同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器,所述第二控制器解析报文获取跟踪路径,所述加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器,所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,实现目标跟踪。
2.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,还包括显示模块,所述显示模块与第一控制器连接,用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置。
3.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,还包括键盘,所述键盘与第一控制器连接,键盘包括启动、复位、停止和调试功能键。
4.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,所述第一控制器型号为R5F523T5ADFM。
5.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,所述第二控制器型号为STM32F407ZET6。
6.根据权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统,其特征在于,所述图像采集模块包括型号为OV7725的摄像头。
7.基于权利要求1所述的四旋翼飞行器跟踪控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:系统设备初始化;
步骤S2:高度检测模块检测飞行器当前的高度数据,发送至第一控制器,第一控制器对当前的高度数据与设定高度进行对比,计算高度偏差,通过PID控制算法调节输出量;
步骤S3:图像采集模块采集图像数据发送至第一控制器,第一控制器对获取的图像数据进行分析计算,识别跟踪目标,解析飞行器自身位置,获取当前飞行器位置与跟踪目标的方向偏差,当跟踪目标在飞行器的左边时,通过PID控制算法调节横向roll值减小,当跟踪目标在飞行器的右边时,通过PID控制算法调节横向roll值增大;
步骤S4:第一控制器根据高度偏差和方向偏差规划跟踪路径,同时将跟踪路径编成报文,通过串口传输发送至第二控制器;
步骤S5:第二控制器解析报文获取跟踪路径,加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器,所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态,结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上的电机的控制量,通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度,使飞行器移动,实现目标跟踪。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述第一控制器连接一显示模块,用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置。
9.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述第一控制器连接一键盘,所述键盘包括启动、复位、停止和调试功能键。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115016542A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-09-06 | 重庆理工大学 | 基于高速总线架构的无人机控制系统 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8229163B2 (en) * | 2007-08-22 | 2012-07-24 | American Gnc Corporation | 4D GIS based virtual reality for moving target prediction |
CN103149939A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-06-12 | 北京航空航天大学 | 一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法 |
CN103197684A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-07-10 | 清华大学 | 无人机群协同跟踪目标的方法及系统 |
CN104236548A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 清华大学 | 一种微型无人机室内自主导航方法 |
CN104597912A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-06 | 南京航空航天大学 | 一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法 |
CN105628045A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-01 | 武汉顶翔智控科技有限公司 | 一种无人机跟拍路径规划与跟踪方法 |
CN106096573A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-09 | 乐视控股(北京)有限公司 | 目标跟踪方法、装置、系统及远程监控系统 |
CN106774436A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 南京航空航天大学 | 基于视觉的旋翼无人机稳定跟踪目标的控制系统及方法 |
CN106873628A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-06-20 | 北京理工大学 | 一种多无人机跟踪多机动目标的协同路径规划方法 |
-
2018
- 2018-02-26 CN CN201810158785.3A patent/CN108319285A/zh active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8229163B2 (en) * | 2007-08-22 | 2012-07-24 | American Gnc Corporation | 4D GIS based virtual reality for moving target prediction |
CN103149939A (zh) * | 2013-02-26 | 2013-06-12 | 北京航空航天大学 | 一种基于视觉的无人机动态目标跟踪与定位方法 |
CN103197684A (zh) * | 2013-04-25 | 2013-07-10 | 清华大学 | 无人机群协同跟踪目标的方法及系统 |
CN104236548A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-24 | 清华大学 | 一种微型无人机室内自主导航方法 |
CN104597912A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-06 | 南京航空航天大学 | 一种六旋翼无人直升机跟踪飞行控制系统及方法 |
CN105628045A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-01 | 武汉顶翔智控科技有限公司 | 一种无人机跟拍路径规划与跟踪方法 |
CN106096573A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-09 | 乐视控股(北京)有限公司 | 目标跟踪方法、装置、系统及远程监控系统 |
CN106774436A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-05-31 | 南京航空航天大学 | 基于视觉的旋翼无人机稳定跟踪目标的控制系统及方法 |
CN106873628A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-06-20 | 北京理工大学 | 一种多无人机跟踪多机动目标的协同路径规划方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115016542A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-09-06 | 重庆理工大学 | 基于高速总线架构的无人机控制系统 |
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