CN109350974A - 高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统。包括压力传感器组、传感器驱动模块、模数转换模块、可编程逻辑器件模块、射频编码模块、射频发射模块、射频接收模块、射频解码模块、舵机驱动模块，压力传感器组测得压力值，并通过传感器驱动模块将模拟压力值整形放大并进行模数转换，转换数据信号接入射频编码模块，通过射频发射模块发送，由射频接收模块接收数据，由射频解码模块解码数据，解码后的信号送入可编程逻辑器件进行处理然后输出相应控制命令，放大整形后的脉冲信号接入舵机，从而快速准确的调整航模姿态。本发明根据按压力度大小快捷准确的调整航模舵机偏转角度，使得固定翼航模在高速飞行时更兼具稳定性，结构简单、造价低廉且质量较轻。

Description

高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统

技术领域

本发明涉及遥控器技术领域，具体是一种高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统。

背景技术

随着航天工业的日新月异，更多的无人机应用于生产生活之中，其中包括固定翼航模和旋翼航模，其中旋翼航模应用广泛，操作灵活，稳定性高，通常用于航拍、表演等，但其飞行范围有限，速度较慢，固定翼航模飞行速度快，距离远，通常用于远程侦查、运输或民用作业等，操作稳定性差且成本较高，因此，为了使固定翼航模能够更好的完成民用或军用飞机所能完成的所有科目，提高固定翼航模舵机的控制精度和操作系统的稳定性成为了研究固定翼航模的课题之一。

在实验中发现，由于固定翼航模飞行速度较快，易受气流干扰，稳定性不好控制，容易发生坠机等状况，目前航模遥控器大多采用推动式操作杆，线性控制航模舵机偏转角度，这种方法操作过程缓慢，会有一个过渡过程，不适合在紧急时刻操纵航模姿态，固定翼航模舵机的控制精度受控制方法、所用设备工艺精度、算法误差等诸多因素的影响，往往理论分析与实践操作效果差距较大。

通常固定翼航模一般装有两个舵机，一个是控制航向的方向舵，一个是控制俯仰的升降舵，一些能够完成高难度动作的航模还会安装控制副翼的舵机，以便完成盘旋、翻滚、俯冲等动作，但由于舵机齿轮间距较大，体积较小，很难达到精确控制，常用的遥控器有粗调和细调两组调节旋钮随时切换，这又无形的增加了操作的繁琐程度，因此，如何快捷、精确的遥控舵机成为飞行稳定的关键。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够更加快捷的操纵舵机达到所需要的偏转角度，提高操作精度，所用器件成本低廉，同时使得固定翼航模在高速飞行时更兼具稳定性，从而可以灵活的实现盘旋、翻转、俯冲、筋斗等高难度动作，具有巡航速度快、机动性好、航程远等特点的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统。

本发明解决所述问题，采用的技术方案是：

一种高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，包括压力传感器组、传感器驱动模块、模数转换模块、可编程逻辑器件模块一、射频编码模块、射频发射模块、射频接收模块、射频解码模块、可编程逻辑器件模块二、舵机驱动模块；压力传感器组作为压力按键是由多个压阻式压力传感器模块组成，利用半导体压阻效应，当某一方施加压力时，其电阻值会随所施加压力大小发生变化，从而引起电阻两端电压变化，此电压信号接入传感器驱动模块；传感器驱动模块接收压力传感器电压信号，放大整形后的模拟信号送入模数转换模块；模数转换模块将压力电压信号由模拟量转换为数字量送入可编程逻辑器件模块一进行处理；可编程逻辑器件模块一将数字压力电压信号按测试值编为四位二进制编码，此编码送入射频编码模块；射频编码模块设置地址码，与接收的数字压力电压信号组成的数据码传送给射频发射模块；射频发射模块发射编码，等待射频接收模块接收；射频接收模块接收编码，送入射频解码模块；射频解码模块根据地址位是否正确，删除误码，将正确数字压力编码送入可编程逻辑器件模块二；可编程逻辑器件模块二根据码值计算输出脉冲宽度，控制相应舵机偏转角度，并将此信号送入舵机驱动模块；舵机驱动模块将可编程逻辑器件模块二的输出脉冲放大整形后输出给舵机，从而完成对舵机的控制。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①固定翼航模舵机的压感式控制，不再是传统舵机的线性控制，根据按压力度大小可快捷准确的调整航模舵机偏转角度，同时使得固定翼航模在高速飞行时更兼具稳定性的特点，从而可以灵活的实现盘旋、翻转、俯冲、筋斗等高难度动作，具有巡航速度快、机动性好、航程远等优点，是未来无人机遥控的一个重要发展方向。

②引入压力传感器与射频遥控编解码模块相配合，射频遥控编码发射的不再是简单的控制命令，而是压力值编码，通过可编程逻辑器件根据压力值编码编写固定翼航模舵机旋转角度控制算法，快捷控制大角度舵机偏转，同时也实现了小角度快速偏转的阻尼设置，解决舵机轴转角迅速增大带来飞行不稳的问题，也解决了大角度控制迟迟不到位和小角度偏转过猛的缺点，对于固定翼航模的高速稳定飞行起到了很好的保障作用，很好的调试了舵机控制时间，为今后的继续研发积累了经验和试验数据，同时本系统结构简单、造价低廉且质量较轻，既能够实现设计目的，又能够保证制造简单、成本可控，保证了产品在市场上的竞争力。

作为优选，本发明更进一步的技术方案是：

压力传感器模块由BF350-3AA精密电阻式应变片及RFP-ZHⅡ电阻电压转换模块相组合构成，电阻349.8+/-0.1 欧，灵敏系数为2.0－2.20，精度等级为 0.02级，应变极限为2.0%。

模数转换模块选用ADC0809模块。

可编程逻辑器件模块一和可编程逻辑器件模块二均选用ATMEL公司AT89C52芯片。

射频编码模块和射频解码模块均为PT2262/PT2272编解码模块。

射频发射模块和射频接收模块均为315M超再生高频发射/接收模块。

舵机采用EMAX微型4.3g数码舵机ES9051。

附图说明

图1 是本发明实施例系统方框图；

图2 是本发明实施例传感器驱动模块电路图；

图3 是本发明实施例射频发射模块电路图；

图4 是本发明实施例射频接收模块电路图；

图5 是本发明实施例舵机驱动电路图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

参见图1、图2、图3、图4、图5，一种高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，包括压力传感器组、传感器驱动模块、模数转换模块、可编程逻辑器件模块一、射频编码模块、射频发射模块、射频接收模块、射频解码模块、可编程逻辑器件模块二、舵机驱动模块；根据固定翼航模姿态按下遥控按键，压力传感器组作为压力按键是由多个压阻式压力传感器模块组成，利用半导体压阻效应，当某一方施加压力时，其电阻值会随所施加压力大小发生变化，从而引起电阻两端电压变化，此电压信号接入传感器驱动模块；传感器驱动模块接收压力传感器电压信号，放大整形后的模拟信号送入模数转换模块；模数转换模块将压力电压信号由模拟量转换为数字量送入可编程逻辑器件模块一进行处理；可编程逻辑器件模块一将数字压力电压信号按测试值编为4位2进制编码，由于涉及垂直尾翼、水平尾翼和副翼的左右和上下偏转，所以共接入6组4位2进制编码，此编码送入6个射频编码模块；射频编码模块分别设置6组地址码，与接收的6组数字压力电压信号组成的数据码传送给射频发射模块；射频发射模块发射6组12位编码（8位地址码和4位数据码），等待射频接收模块接收；射频接收模块接收6组12位编码，送入射频解码模块；射频解码模块根据地址位是否正确，删除误码，将正确数字压力编码送入可编程逻辑器件模块二；可编程逻辑器件模块二根据码值计算输出脉冲宽度，控制相应舵机偏转角度，并将此信号送入舵机驱动模块；舵机驱动模块将可编程逻辑器件模块二的输出脉冲放大整形后输出给舵机，从而完成对舵机的控制。

压力传感器模块由BF350-3AA精密电阻式应变片及RFP-ZHⅡ电阻电压转换模块相组合构成，电阻349.8+/-0.1 欧，灵敏系数为2.0－2.20，精度等级为 0.02级，应变极限为2.0%。

模数转换模块选用ADC0809模块。

可编程逻辑器件模块一和可编程逻辑器件模块二均选用ATMEL公司AT89C52芯片。

射频发射模块和射频接收模块均为315M超再生高频发射/接收模块。

射频编码模块和射频解码模块均为PT2262/PT2272编解码模块，此配对模块有8位地址码，4位数据码，串行输入，选择合适的震荡电阻后，误码率很低，可以满足遥控系统设计的要求，pt2262/pt2272编解码模块配合大功率发射/接收模块天线，发射/接收频率为315MHz的编码脉冲，可完成几百米至几公里的精确遥控。

舵机采用EMAX微型4.3g数码舵机ES9051。

由于要达到高精度控制，方向舵、升降舵和副翼分别由两组压力编码控制其左右或上下偏转，共6组编码，由于编码较多，需将地址码分为6组不同编码，避免接收错误影响操作，根据实际情况将地址位2进制编码分为00000000/00000001/00000010/00000011/00000100/ 00000101，00000000/00000001为方向舵遥控发射接收模块地址位控制编码，其值控制方向舵左右偏转角度，00000010/00000011为升降舵遥控发射接收模块地址位控制编码，其值控制升降舵上下偏转角度，00000100/ 00000101为副翼舵机遥控发射接收模块地址位控制编码，其值控制升降舵上下偏转角度，地址位为上述设置值，数据位为数字压力值编码，每个编码模块15、16脚接遥控编码震荡电阻，17脚接遥控编码发射模块。每个解码模块14脚接编码接收模块，15、16脚接配对编码震荡电阻，17脚空接，解码模块地址码必须与遥控端编码地址码相同，从而避免了接收数据错误，地址码需和遥控端舵机位相对应，每组解码模块数据位接入AT89C52模块4个I/O端口，共24个端口，分别为AT89C52的P0，P1，P2口，其中P0口在模块内部加入上拉电阻，经过可编程逻辑器件精密计算舵机偏转角度后再由AT89C52的3个输出端口（P3）接舵机驱动模块，由于需要控制升降舵、方向舵、副翼舵机，偏转角度为±900之间（即上下或左右），所以3个输出端口即可控制固定翼航模姿态。

舵机由小型电动机、控制电路板、可调电位器、变速齿轮组组成。控制端口有3个引脚，一个电源端、一个地线端、一个可变脉冲输入端。可变脉冲是控制舵机齿轮转动角度的关键，脉冲周期为20ms，脉冲宽度0.5ms-2.5ms，此脉冲宽度电压与舵机内部电位器电压相比较，其压差的大小决定着舵机的正反转和角度。0.5ms-2.5ms控制着对应的-90°—90°。当脉冲发送的时间小于舵机转动的时间时舵机不转动，当脉冲发送的时间大于舵机转动的时间舵机会有暂时停顿。通常情况下，舵机越重，转速越慢，牵引力越大，这需要在调试中进行测试。在舵机没有到达指定的转动位置时，可变脉冲需要一直发送，直到舵机到达设定的角度时停止。舵机的转动有时不能太快（即瞬时转动角度过大），这样容易造成坠机或不稳定的翻滚。因此舵机的转动时间、偏转角度脉冲宽度和脉冲的发送时间（发送多次所用时间）需要密切配合，这样转动的连贯性最好，效率也最高。

本系统航模舵机的压感式控制，不再是传统舵机的线性控制，根据按压力度大小可快捷准确的调整航模舵机偏转角度，同时使得固定翼航模在高速飞行时更兼具稳定性的特点，从而可以灵活的实现盘旋、翻转、俯冲、筋斗等高难度动作，具有巡航速度快、机动性好、航程远等优点，是未来无人机遥控的一个重要发展方向。

引入压力传感器与射频遥控编解码模块相配合，射频遥控编码发射的不再是简单的控制命令，而是压力值编码，通过可编程逻辑器件根据压力值编码编写固定翼航模舵机旋转角度控制算法，压力值的数字化便于处理和分析，通过此算法可以快捷控制大角度舵机偏转，同时也实现了小角度快速偏转的阻尼设置，解决舵机轴转角迅速增大带来飞行不稳的问题，也解决了大角度控制迟迟不到位和小角度偏转过猛的缺点，对于固定翼航模的高速稳定飞行起到了很好的保障作用，很好的调试了舵机控制时间，为今后的继续研发积累了经验和试验数据，同时本系统为结构简单、造价低廉且质量较轻的模块化遥控系统，既能够实现设计目的，又能够保证制造简单、成本可控，保证了产品在市场上的竞争力。

本系统为实现固定翼航模舵机高精度控制而设计，无论从仿真结果还是最后试验操作，均基本满足了设计要求，能够精确、稳定控制舵机轴转角，达到控制航模稳定飞行的目的。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：包括压力传感器组、传感器驱动模块、模数转换模块、可编程逻辑器件模块一、射频编码模块、射频发射模块、射频接收模块、射频解码模块、可编程逻辑器件模块二、舵机驱动模块；

压力传感器组作为压力按键是由多个压阻式压力传感器模块组成，利用半导体压阻效应，当某一方施加压力时，其电阻值会随所施加压力大小发生变化，从而引起电阻两端电压变化，此电压信号接入传感器驱动模块；

传感器驱动模块接收压力传感器电压信号，放大整形后的模拟信号送入模数转换模块；

模数转换模块将压力电压信号由模拟量转换为数字量送入可编程逻辑器件模块一进行处理；

可编程逻辑器件模块一将数字压力电压信号按测试值编为四位二进制编码，此编码送入射频编码模块；

射频编码模块设置地址码，与接收的数字压力电压信号组成的数据码传送给射频发射模块；

射频发射模块发射编码，等待射频接收模块接收；

射频接收模块接收编码，送入射频解码模块；

射频解码模块根据地址位是否正确，删除误码，将正确数字压力编码送入可编程逻辑器件模块二；

可编程逻辑器件模块二根据码值计算输出脉冲宽度，控制相应舵机偏转角度，并将此信号送入舵机驱动模块；

舵机驱动模块将可编程逻辑器件模块二的输出脉冲放大整形后输出给舵机，从而完成对舵机的控制。

2.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：压力传感器模块由BF350-3AA精密电阻式应变片及RFP-ZHⅡ电阻电压转换模块相组合构成，电阻349.8+/-0.1 欧，灵敏系数为2.0－2.20，精度等级为 0.02级，应变极限为2.0%。

3.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：模数转换模块选用ADC0809模块。

4.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：可编程逻辑器件模块一和可编程逻辑器件模块二均选用ATMEL公司AT89C52芯片。

5.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：射频编码模块和射频解码模块均为PT2262/PT2272编解码模块。

6.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：射频发射模块和射频接收模块均为315M超再生高频发射/接收模块。

7.根据权利要求1所述的高精度压感式固定翼航模舵机射频遥控系统，其特征在于：舵机采用EMAX微型4.3g数码舵机ES9051。