CN112173093A - 一种快速通信的四旋翼无人机系统 - Google Patents

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陈颀
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Abstract

本发明公开了一种快速通信的四旋翼无人机系统，包括微控制器、6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块；其中微控制器分别连接6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块，通过无线收发模块连接外部设备，电子调速器连接无刷电机。本发明通过合理的构成及连接搭建了用于快速通信的四旋翼无人机系统平台，该飞控上采用全SPI方式6轴传感器icm20602和spl06气压计，该特定型号产品的配合，使得数据读取波特率达到了10M每秒，以至四旋翼无人机系统在噪声、零点漂移等性能都有提升，节省了大量时间。

Description

一种快速通信的四旋翼无人机系统
技术领域
本发明涉及一种快速通信的四旋翼无人机系统，属于无人机领域。
背景技术
近几十年来，随着科学技术的进步及人们生活水平的不断提高，人们也开始从研究地面机器人转变为空中无人驾驶飞行器，即无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)。随着无人机技术的发展，人们开始追求实现更多功能如拍照、农用喷洒机、避障飞行等，这就要求通信速率要快，较少时间上的延时。随着微电子技术和现代控制理论的进步，四旋翼无人机逐渐被发展起来。由于四旋翼无人机具有操作和维护方便、姿态调节灵活可变、能承载一定的重量等优势，在军事侦察、景色航拍、工业灌溉以及物流输送等各行各业得到了广泛的应用。由于四旋翼无人机是一个四输入、六输出、非线性的欠驱动系统,所以对控制系统的研究成为了热点和难点。
根据用途分类，无人机可分为军用无人机和民用无人机两大类。军用无人机可分为侦查无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机及靶机等。民用无人机可分为巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘察无人机以及测绘无人机等。如当发生火灾或凶犯劫持人质等危险情况时我们就可以用无人机了解救援环境的情况，快速通信的四旋翼无人机系统深入现场探查复杂的环境。或者我们出去旅游时，快速通信的四旋翼无人机系统可以根据实际控制需求快速调整姿态满足我们的拍摄要求等等，因此，有必要提供一种用于快速通信的四旋翼无人机系统。
发明内容
本发明提供了一种快速通信的四旋翼无人机系统，以用于将四旋翼的优势运用在巡线领域，并通过本申请构建的结构实现电力线路等的巡线。
本发明的技术方案是：一种快速通信的四旋翼无人机系统，包括微控制器、6轴传感器、磁力计、气压计模块、激光定高模块、无线收发模块、电子调速器、无刷电机；其中微控制器分别连接6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块，通过无线收发模块连接外部设备，电子调速器连接无刷电机。
还包括电源模块，所述的电源模块连接微控制器用于为四旋翼无人机供电。
所述微控制器型号为：STM32F407。
所述6轴传感器型号为icm20602。
所述磁力计型号为AK8975。
所述气压计模块型号为spl06。
所述激光定高模块为北醒激光。
所述无线收发模块为由发射机FS-i6S和接收机FS-iA6B组成的一个十通道2.4G第二代增强版自动调频数字系统。
所述无刷电机包括4个，4个无刷电机分别通过传动轴与4个旋翼连接，用于控制4个旋翼的倾角。
本发明的有益效果是：本发明通过合理的构成及连接搭建了用于快速通信的四旋翼无人机系统平台，该飞控上采用全SPI方式6轴传感器icm20602和spl06气压计，该6轴传感器采用的是比传统mpu6050性能更加强大的icm20602，而气压计模块采用的是比传统spl06气压精度和灵敏度更高的ms5611，该特定型号产品的配合，使得数据读取波特率达到了10M每秒(传统的400k每秒)，以至四旋翼无人机系统在噪声、零点漂移等性能都有提升，节省了大量时间；通过特定型号产品的配合，同时搭配融合气压计模块+激光定高模块的方式实现定高，使得本申请有效地实现了快速通信，同时具备更高效的性能。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为四旋翼无人机倾角调节示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1-2所示，一种快速通信的四旋翼无人机系统，包括微控制器、6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块；其中微控制器分别连接6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块，通过无线收发模块连接外部设备，电子调速器连接无刷电机。
进一步地，可以设置还包括电源模块，所述的电源模块连接微控制器用于为四旋翼无人机供电。
进一步地，可以设置所述微控制器型号为：STM32F407。
进一步地，可以设置所述6轴传感器型号为icm20602。包括三轴加速度和三轴陀螺仪，该传感器性能是比mpu6050更加强大的icm20602，传感器的噪声、零点漂移等性能均有提升，而惯导传感器直接影响飞控的飞行性能，使用更好的传感器可以提升飞控的整体性能。
进一步地，可以设置所述磁力计型号为AK8975。
进一步地，可以设置所述气压计模块型号为spl06。该型号相比常用的ms5611，其气压精度和灵敏度更高，提升飞控的气压定高效果。
进一步地，可以设置所述激光定高模块为北醒激光。在激光有效范围内，飞控会自动判断激光测距数据有效性，在有效范围内会自动使用激光定高。当超出激光测距有效范围后，自动切换为气压定高。
进一步地，可以设置所述无线收发模块为由发射机FS-i6S和接收机FS-iA6B组成的一个十通道2.4G第二代增强版自动调频数字系统。该系统专门用于多轴模型。
进一步地，可以设置所述无刷电机包括4个，4个无刷电机分别通过传动轴与4个旋翼连接，用于控制4个旋翼的倾角。
本发明的工作原理是：飞行控制处理器(微控制器STM32F407)输出4路PWM(脉冲宽度调制)波调整控制4个电机的转速，从而改变两对相互交叉对称的旋翼转动和转向产生的上升力来实现各种飞行姿态。其中6轴传感器icm20602和磁力计AK8975可输出加速度和角速度信息并通过SPI与微控制器STM32F407通信来调节四旋翼飞行器的姿态，它是实现该四旋翼飞行器平稳飞行的前提，气压计模块spl06和激光定高模块可输出四旋翼飞行器的实际高度给微控制器STM32F407(若仅用气压计定高则会造成所测高度不精确，且受干扰较大)，而无线收发模块用于发送遥控器提供的期望高度，通过期望高度与实际高度的偏差送给微控制器STM32F407处理来调节无刷电机转速，从而实现四旋翼飞行器的平稳飞行。
系统通过6轴传感器和磁力计快速通信获取其四旋翼的姿态信息，并通过气压计模块和激光定高模块进行定高。激光定高模块的连接必须在四旋翼无人机关机状态下连接，连接好后四旋翼无人机上电，通过上位机(此处通过串口将四旋翼飞行器与电脑上安装的上位机连接)可以看出附加高度值，即为激光测距输出。当正确连接激光测距模块后，在激光有效范围内，四旋翼飞行器会自动判断激光测距数据有效性，在有效范围内会自动使用激光定高。当超出激光测距有效范围后，自动切换为气压定高。激光测距观察方法：四旋翼飞行器通过USB正确连接电脑，打开电脑上所安装的上位机，四旋翼飞行器控制系统状态界面的传感器数据栏目，附加高度值就是激光模块的测距信息。四旋翼飞行器上采用的惯性传感器使用的是性能比mpu6050更加强大的icm20602，传感器的噪声、零点漂移等性能均有提升，而惯导传感器直接影响飞控的飞行性能，使用更好的传感器可以提升飞控的整体性能。气压计模块spl06相比ms5611，其气压精度和灵敏度更高，提升四旋翼飞行器的气压定高效果。
无线收发模块用来和四旋翼飞行器进行通信，实现对飞行器的实时控制。电子调速器输入的是直流，可以接稳压电源或铝电池。输出是三相交流，直接与无刷电机的三相输入端相连。当上电时，无刷电机反转，需要把无刷电机输入端三根导线的任意两根对换位置。无刷电机是四轴飞行器的执行机构，通过电子调速器对无刷电机的控制，无刷电机将飞行控制器的输出转换为旋翼的转速，改变各旋翼的升力与反扭矩，以起到调节飞行器姿态的作用。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：包括微控制器、6轴传感器、磁力计、气压计模块、激光定高模块、无线收发模块、电子调速器、无刷电机；其中微控制器分别连接6轴传感器、磁力计、电子调速器、无刷电机、无线收发模块、气压计模块、激光定高模块，通过无线收发模块连接外部设备，电子调速器连接无刷电机。
2.根据权利要求1所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：还包括电源模块，所述的电源模块连接微控制器用于为四旋翼无人机供电。
3.根据权利要求1所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述微控制器型号为：STM32F407。
4.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述6轴传感器型号为icm20602。
5.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述磁力计型号为AK8975。
6.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述气压计模块型号为spl06。
7.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述激光定高模块为北醒激光。
8.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述无线收发模块为由发射机FS-i6S和接收机FS-iA6B组成的一个十通道2.4G第二代增强版自动调频数字系统。
9.根据权利要求1或2所述的快速通信的四旋翼无人机系统，其特征在于：所述无刷电机包括4个，4个无刷电机分别通过传动轴与4个旋翼连接，用于控制4个旋翼的倾角。
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