CN108594715A - 无人机主控板 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种无人机主控板。包括：飞行管理单元、输入输出单元、备用电源单元、数字电源供电单元、模拟电源供电单元和备用电源单元；所述飞行管理单元包括：主控单元、第一传感器组和信号输入输出接口；所述输入输出单元包括：相互连接的输入输出控制模块和控制接口模块。本申请通过一体集成化设置，达到了将飞行管理单元和输入输出单元集成在一个集成板上的目的，从而实现了一个集成的集成板；本申请装置能够为大多数应用提供充足的不需要扩展的输入输出单元，更加易用；本申请技术方案具有良好的微控制器资源；通过一体机集成设置可以有效减少集成复杂度，并具有较高的可靠性；减少了物料以及生产成本的技术效果。
Description
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机主控板。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”(“UAV”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称，从技术角度定义可以分为：无人固定翼飞机、无人垂直起降飞机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。此外，微型航拍飞行器在内的其他飞行装置也日渐流行。
由于一般个人或企业从底端开始研发无人机具有较大难度，且市场准入要求较高；因此开源无人机技术作为能够为相应的开发人员提供一个基本的开发框架受到众多开发用户的欢迎；但是现有技术中的开源无人机硬件框架具有如下缺点：
1、扩展的I/O接口少，无法满足越来越多的应用接口需求；
2、使用难度高；
3、传感器性能或精度低；
4、微控制器处理能力较低，且由于硬件规划设计原因，处理资源极易被占用；
5、可靠性及集成度低，造成硬件系统体积大；
6、由于集成度低随之带来的物料使用多以及生产成本高的问题。
针对相关技术中存在的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种无人机主控板，以解决相关技术中存在的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种无人机主控板。
根据本申请的无人机主控板包括：飞行管理单元和输入输出单元；所述飞行管理单元包括：分别与主控单元相互电连接的第一传感器组和信号输入输出接口；所述输入输出单元包括：相互连接的输入输出控制模块和控制接口模块；还包括：备用电源单元、数字电源供电单元和模拟电源供电单元；
所述数字电源供电单元与所述飞行管理单元电连接，用于向所述飞行管理单元和输入输出单元进行数字电源供电；
所述备用电源单元与所述输入输出单元电连接，用于在所述数字电源供电单元无法正常供电的时候，向所述飞行管理单元和输入输出单元进行供电；
所述模拟电源供电单元与所述第一传感器组电连接，用于向所述第一传感器组供应模拟电源；
所述主控单元和输入输出控制模块相互电连接。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述主控单元包括：微控制器、存储器和随机存取存储器；
所述微控制器的型号为STM32F427，所述存储器采用2MiB的闪存，所述随机存取存储器采用256KiB的随机存取存储器。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述第一传感器组包括：第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计；所述第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计通过串行外设接口与所述主控单元通信连接。
进一步的，如前述的无人机主控板，还包括：减震IMU板；所述减震IMU板上设有：第二传感器组；所述第二传感器组包括：第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪；所述第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪通过串行外设接口连至所述减震IMU板，所述减震IMU板连至所述主控单元。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述飞行管理单元还包括：第一PWM伺服输出接口组、串行接口、I2C接口、CAN集线接口、串行外设接口和模拟信号输入口；所述模拟信号输入口包括：电源管理接口和模电频道接口。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述第一PWM伺服输出接口组设有6个，并设为一组6个PWM伺服输出接口；共设有5个所述串行接口,其中两个所述串行接口带有全流量控制功能；设有2个所述I2C接口，2个所述CAN集线接口，3个所述模拟信号输入口。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述输入输出单元包括：第二PWM伺服输出接口组、R/C控制接口、模拟/PWM RSSI信号输入接口、S.Bus伺服接口。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述输入输出单元还连接设有：安全开关、LED指示灯和压电蜂鸣器驱动；
其中，所述第二PWM伺服输出接口组设有8个所述PWM伺服输出接口，并分为三组，一组设有4个PWM伺服输出接口，另两组分别设有2个PWM伺服输出接口。
进一步的，如前述的无人机主控板，还包括：USB接口和微型SD卡槽；所述USB接口和微型SD接口与所述主控单元电连接。
进一步的，如前述的无人机主控板，所述第二加速计和磁力仪采用集成有加速计和磁力仪功能的LSM303D型号芯片，所述第一加速计也采用所述LSM303D型号芯片；第一陀螺仪和第二陀螺仪采用型号为L3GD20的陀螺仪；所述第一气压计和第二气压计采用型号为MS5611的气压计。
在本申请实施例中，采用的方式，通过包括：飞行管理单元、输入输出单元、备用电源单元、数字电源供电单元、模拟电源供电单元和备用电源单元；所述飞行管理单元包括：主控单元、第一传感器组和信号输入输出接口；所述输入输出单元包括：相互连接的输入输出控制模块和控制接口模块；所述主控单元和输入输出控制模块相互电连接；所述数字电源供电单元与所述飞行管理单元电连接；所述备用电源单元与所述输入输出单元电连接；所述主控单元与所述输入输出单元、第一传感器组和信号输入输出接口电连接；所述第一传感器组与所述模拟电源供电单元连接。达到了将飞行管理单元和输入输出单元集成在一个集成板上的目的，从而实现了一个集成的集成板，并形成一体的飞控；本申请装置能够为大多数应用提供充足的不需要扩展的输入输出单元，更加易用；且通过设置第一传感器组能够有良好的传感器表现；本申请技术方案具有良好的微控制器资源；更高的可靠性，通过一体机成华设置可以有效减少集成复杂度，具有较高的可靠性；减少了物料以及生产成本的技术效果，进而解决了相关技术中存在的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请一种实施例的模块连接示意图；以及
图2是根据本申请一种实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1及图2所示，一种无人机主控板，包括：飞行管理单元1、输入输出单元2；所述飞行管理单元1包括：分别与主控单元11相互电连接的第一传感器组12和信号输入输出接口13；所述输入输出单元2包括：相互连接的输入输出控制模块21和控制接口模块22；
还包括：备用电源单元5、数字电源供电单元3和模拟电源供电单元4；
所述数字电源供电单元3与所述飞行管理单元1电连接，用于向所述飞行管理单元1和输入输出单元2进行数字电源供电；
所述备用电源单元5与所述输入输出单元2电连接，用于在所述数字电源供电单元3无法正常供电的时候，向所述飞行管理单元1和输入输出单元2进行供电；
所述模拟电源供电单元4与所述第一传感器组12电连接，用于向所述第一传感器组12供应模拟电源；
所述主控单元11和输入输出控制模块21相互电连接。
优选的，所述飞行管理单元1(FMU)和输入输出单元2(IO)都是在3.3V的电压下运行,而且分别都有自己私有的双通道校准器；每一个校准器都有一个通电的重置输出，绑定了校准器的通电和断电序列。电能可以通过USB或是通过电源模块接口作为电源总输入接口输入本申请装置中，且USB或电源模块接口都有翻转电极保护并分别连接有相应的备用电能，以防输入的电源突然断电。FMU+IO电源缓冲是250mA；外接电源总共限制在2.5A(包括所有的LED灯和压电蜂鸣器等装置)。其中，USB可以用来支持软件更新，测试和开发；所述USB供给外接设备的接口用来测试，然而所述USB的总体电流消耗会被限制在500mA，包括外接设备，以防止USB接口过载；
更进一步的，还可以设有一个备用电接口，所述备用电接口与所述飞行管理单元1和输入输出单元2电连接；所述备用电接口在输入电压方面，超过5.7V的电压会被屏蔽。
当超过一种电源被连接了以后，电能将在合适的电压下被最高优先级的电源抽出；在大多数的情况下，FMU应该通过电源模块接口或是相匹配的辅助电轨道，也就是通过电源模块接口或是备用电轨来供电。在开发测试的场景下，从USB提取电能，就不需要BEC(免电池电路)或是相似的伺服电源(伺服装置本身也需要额外的电能)。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述主控单元11包括：微控制器、存储器和随机存取存储器；
所述微控制器的型号为STM32F427，所述存储器采用缓冲区为2MiB的闪存，所述随机存取存储器采用256KiB的随机存取存储器。
优选的，所述输入输出控制模块21采用STM32F100型号的控制芯片。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述第一传感器组12包括：第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计；所述第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计通过串行外设接口与所述主控单元通信连接。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，还包括：减震IMU板；所述减震IMU板上设有：第二传感器组；所述第二传感器组包括：第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪；所述第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪通过串行外设接口连至所述减震IMU板，所述减震IMU板连至所述主控单元11。
优选的，本申请中的第一传感器组1和减震IMU板中第二传感器组中的传感器分别被用在不同的集线器之中；且所有传感器传输的数据准备信号不再被路由。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述飞行管理单元1还包括：第一PWM伺服输出接口组14；所述信号输入输出接口13包括：串行接口、I2C接口、CAN集线接口、串行外设接口和模拟信号输入口；所述模拟信号输入口包括：电源管理接口和模电频道接口。优选的，所述电源管理接口连接Batt(电池)监控器和Aux(备用电)监控器
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述第二PWM伺服输出接口组设有6个，并设为一组6个PWM伺服输出接口；共设有5个所述串行接口,其中两个所述串行接口带有全流量控制功能；设有2个所述I2C接口，2个所述CAN集线接口，3个所述模拟信号输入口。FMU(即飞行管理单元1)一共连接了六个PWM伺服输出接口，可以减少更新延迟时间.这些PWM伺服输出接口在避险模式下不能被IO(包括：输入输出单元2和信号输入输出接口13传输的信号)控制，这些输出端分成三组，可以用于支持多种更新频率，一组四个的和一组两个的。可以支持最高达400Hz的PWM信号。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述控制接口模块2包括：第二PWM伺服输出接口组23、R/C控制接口22、模拟/PWM RSSI信号输入接口、S.Bus伺服接口。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述输入输出单元还连接设有：安全开关、LED指示灯和压电蜂鸣器驱动；
其中，所述第二PWM伺服输出接口组设有8个PWM伺服输出接口，并分为三组，一组设有4个PWM伺服输出接口，另两组分别设有2个PWM伺服输出接口。通过设置8个所述PWM伺服输出，可以使即便FMU在不开启的状态下(避险模式/人工模式)，也可以通过输入输出单元2中R/C输入和板上混合直接控制所述飞行管理单元1，这些输出端分成三组，用来支持多种更新频率，一组4个的和2组2个的.可以支持最高达400Hz的PWM信号。
本申请中所有的PWM伺服输出接口(输入输出单元2和信号输入输出接口13中的PWM伺服输出接口)都是通过ESD(静电释放)保护的,而且优选的被设计成在突发伺服器失去连接的情况下也能不受损害。所述伺服驱动专门用来在2m的26AWG伺服线上驱动一个50pF的伺服输入。PWM输出也可以用来被设置成独立的GPIOs(通用输入输出)，PWM驱动是专门为了驱动伺服装置和相似的逻辑输入,而不是继电器或者LED指示灯。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，还包括：USB接口和微型SD卡槽；所述USB接口和微型SD接口与所述主控单元11电连接。
在一些实施例中，如前述的无人机主控板，所述第二加速计和磁力仪采用集成有加速计和磁力仪功能的LSM303D型号芯片，所述第一加速计也采用所述LSM303D型号芯片；第一陀螺仪和第二陀螺仪采用型号为L3GD20的陀螺仪；所述第一气压计和第二气压计采用型号为MS5611的气压计。
优选的，如图2所示：所有的外部设备是通过一根单根的80个引脚的连接器来连接至本申请装置的,而且所有的外部设备还连接了一块可以根据不同应用来改造的载板。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机主控板，其特征在于，包括：飞行管理单元和输入输出单元；所述飞行管理单元包括：分别与主控单元相互电连接的第一传感器组和信号输入输出接口；所述输入输出单元包括：相互连接的输入输出控制模块和控制接口模块；还包括：备用电源单元、数字电源供电单元和模拟电源供电单元；
所述数字电源供电单元与所述飞行管理单元电连接，用于向所述飞行管理单元和输入输出单元进行数字电源供电；
所述备用电源单元与所述输入输出单元电连接，用于在所述数字电源供电单元无法正常供电的时候，向所述飞行管理单元和输入输出单元进行供电；
所述模拟电源供电单元与所述第一传感器组电连接，用于向所述第一传感器组供应模拟电源；
所述主控单元和输入输出控制模块相互电连接。
2.根据权利要求1所述的无人机主控板，其特征在于，所述主控单元包括：微控制器、存储器和随机存取存储器；
所述微控制器的型号为STM32F427，所述存储器采用2MiB的闪存，所述随机存取存储器采用256KiB的随机存取存储器。
3.根据权利要求2所述的无人机主控板，其特征在于，所述第一传感器组包括：第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计；所述第一加速计、第一陀螺仪和第一气压计通过串行外设接口与所述主控单元通信连接。
4.根据权利要求3所述的无人机主控板，其特征在于，还包括：减震IMU板；所述减震IMU板上设有：第二传感器组；所述第二传感器组还包括：第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪；所述第二加速计、第二陀螺仪、第二气压计和磁力仪通过串行外设接口连至所述减震IMU板，所述减震IMU板连至所述主控单元。
5.根据权利要求1所述的无人机主控板，其特征在于，所述飞行管理单元还包括：第一PWM伺服输出接口组、串行接口、I2C接口、CAN集线接口、串行外设接口和模拟信号输入口；所述模拟信号输入口包括：电源管理接口和模电频道接口。
6.根据权利要求5所述的无人机主控板，其特征在于，所述第一PWM伺服输出接口组设有6个，并设为一组6个PWM伺服输出接口；共设有5个所述串行接口,其中两个所述串行接口带有全流量控制功能；设有2个所述I2C接口，2个所述CAN集线接口，3个所述模拟信号输入口。
7.根据权利要求1所述的无人机主控板，其特征在于，所述输入输出单元包括：第二PWM伺服输出接口组、R/C控制接口、模拟/PWM RSSI信号输入接口、S.Bus伺服接口。
8.根据权利要求7所述的无人机主控板，其特征在于，所述输入输出单元还连接设有：安全开关、LED指示灯和压电蜂鸣器驱动；
其中，所述第二PWM伺服输出接口组设有8个所述PWM伺服输出解口，并分为三组，一组设有4个PWM伺服输出接口，另两组分别设有2个PWM伺服输出接口。
9.根据权利要求1所述的无人机主控板，其特征在于，还包括：USB接口和微型SD卡槽；所述USB接口和微型SD接口与所述主控单元电连接。
10.根据权利要求4所述的无人机主控板，其特征在于，所述第二加速计和磁力仪采用集成有加速计和磁力仪功能的LSM303D型号芯片，所述第一加速计也采用所述LSM303D型号芯片；第一陀螺仪和第二陀螺仪采用型号为L3GD20的陀螺仪；所述第一气压计和第二气压计采用型号为MS5611的气压计。
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