CN205405265U - 一种航拍飞行器的电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种航拍飞行器的电路，包括：通信单元，用于接收遥控信号，并进行转发；惯导单元，用于感应飞行器的倾斜度以及周围的气压，并输出反馈信号；电机驱动单元，用于驱动电机转动；控制单元，用于接收所述遥控信号和反馈信号，并输出相应的控制信号给所述电机驱动单元；摄像头以及存储单元，用于拍照和存储；电源单元。基于WiFi控制，以STM32单片机为主控芯片，以MPU6050、HMC5883及MS5611作为惯性导航单元，低成本地实现了图像拍摄与存储。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微型飞行器，更具体地说，它涉及一种航拍飞行器的电路。
背景技术
微型飞行器是一种结合飞行动力学、机械结构理论、自动控制理论等多学科技术的空中机器人。相比于传统的飞行器，微型四轴飞行器具备诸多优点，比如结构简单、体积小巧、运动灵活、可垂直升降、成本低、便于生产等，在军事、工业、农业、民用等领域拥有十分广阔的应用前景。
关于微型飞行器的研究最早起源于美国。上世纪90年代初，一份军事报告描述了微型飞行器的构想，此概念一经提出便得到高度重视。早期的飞行器研究集中于自主飞行以及悬停控制方面。斯坦福大学的“Mesicoptor”是当时最著名的微型飞行器之一，它实现了微型多旋翼飞行器的自主飞行。同样出名的微型飞行器还有瑞士自动化系统实验室开发的SO4实现了基于IMU导航的室内环境悬停控制；美国宾夕法尼亚大学研发的HMX-4，实现了基于视觉控制的自主悬停控制。
随着相关技术的发展，拥有航拍功能的微型飞行器在民用领域开始崭露头角。然而现有航拍微型器的设计方案大多成本较高而且实现不易。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种成本较低且易与实现的航拍飞行器的电路。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
一种航拍飞行器的电路，包括：
通信单元，用于接收遥控信号，并进行转发；
惯导单元，用于感应飞行器的倾斜度以及周围的气压，并输出反馈信号；
电机驱动单元，用于驱动电机转动；
控制单元，用于接收所述遥控信号和反馈信号，并输出相应的控制信号给所述电机驱动单元；
摄像头以及存储单元，用于拍照和存储；
电源单元。
进一步的，所述通信单元包括型号为ESP8266的WiFi芯片。
进一步的，所述控制单元包括型号为STM32F407的单片机。
进一步的，所述电机驱动单元包括N型场效应管。
进一步的，所述摄像头以及存储单元包括型号为OV7670的摄像头和微型快闪存储器。
进一步的，所述微型快闪存储器为TF卡。
进一步的，所述惯导单元包括六轴倾角传感器MPU6050、磁力计HMC5883和气压传感器MS5611，所述磁力计HMC5883与六轴倾角传感器MPU6050通信连接，所述六轴倾角传感器MPU6050与气压传感器MS5611通信连接，所述气压传感器MS5611与所述控制单元通信连接。
进一步的，所述电源单元包括为控制单元供电的第一电源单元，为惯导单元供电的第二电源单元，为摄像头供电的第三电源单元，以及直接为电机供电的锂电池单元。
进一步的，所述第一电源单元包括型号为LM1117-3.3的稳压芯片；所述第二电源单元包括型号为LDO-3.3的稳压芯片；所述第三电源单元包括型号为LDO-2.8和LDO-1.8的稳压芯片。
与现有技术相比，本实用新型的优点是：基于WiFi控制，以STM32单片机为主控芯片，以MPU6050、HMC5883及MS5611作为惯性导航单元，低成本地实现了图像拍摄与存储。
附图说明
图1为本实用新型的总结构框图；
图2为控制单元的电路图；
图3为惯导单元的电路图；
图4为电机驱动单元的电路图；
图5为通信单元的电路图；
图6为摄像头的电路图；
图7为存储单元的电路图；
图8为电源单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。
参照图1，一种航拍飞行器的电路，包括控制单元、电源单元、惯导单元、电机驱动单元、通信单元、摄像头以及存储单元。其中，电源单元、惯导单元、电机驱动单元、通信单元、摄像头以及存储单元均与控制单元连接，移动终端设备通过通信单元与控制单元连接。
参照图2，控制单元电路是基于STM32F407单片机设计的，F407属于高性能系列的M4内核控制器，主频可达168MHz。集成了DSP指令和浮点运算单元，可以进行比较复杂的算法运算；拥有多个串口、SPI和I2C外设，能够满足最初的设计需要。相比其它控制器来说，该控制器拥有DCMI（数字摄像头接口），大大提升了摄像头数据读取速度，减少了控制器的传输图像消耗的时间，使软件系统设计更加容易实现。
参照图3，惯性导航单元主要包括六轴倾角传感器MPU6050、磁力计HMC5883和气压传感器MS5611。具体电路如图2所示。MPU60x0系列是第一批6轴运动处理器，融合了加速度计和陀螺仪。大大减小了芯片占空空间，解决了两块传感器组合时的轴间差问题。同时拥有SPI和IIC接口，使用者可以编程设定速度计全格感应范围，十分方便。最重要的而是该器件内部自自带的运动引擎DMP，可以直接得带四元数，减少了MCU的运行滤波算法和转换四元数的时间。同时，该器件官方提供了有关DMP的函数库，让使用该功能更加容易实现。HMC5883L是一款低成本的电子罗盘，具有在轴向灵敏度和线性该高精度等优点。相比于同类传感器，它具有体积小价格低等优势。附带12位模数转换器，能够将角度精度控制在1°～2°，同时它也支持IIC接口可以配合MPU6050使用。MS5611气压传感器，分辨率高达到10cm，包含24位模数转换器以及高线性度的压力传感器。该芯片内置温度传感器，可以根据温度来修正高度误差。体积小巧，仅5×3×1mm。支持I2C和SPI通信。
参照图4，电机驱动模块选择N型场效应管来驱动，N型场效应管道导通电阻一般在毫欧级别，因此自身消耗的功率极小，适合在电机驱动电路中使用。这里，只给出一个电机的电路图，其余5个的电机电路图均与其相同。
参照图5，Wifi可以通过手机、平板电脑、笔记本电脑对飞行器进行远程控制，节省了遥控器制作的成本。这里，通信模块采用了Espressif公司的ESP8266WiFi芯片，它是一款高性能无线SOC，具有诸多优点。它是一个完整的WiFi解决方案，既可以作为主机运行，也可以作为从机搭载与其他主机运行；自带外部闪存，有利于提高系统性能；片内集成度高，仅需极少的外部电路即可运行，减少PCB空间占用；内置TCP/IP协议栈、低功率CPU、电源管理组件、锁相环、稳压器；价格相对于同类型产品来说，更为实惠。
参照图6和图7，考虑到该系统使用的单片机无法处理太大的数据量，因此在设计中选择了像素30W的OV7670模组。OV7670模组的图像最大帧率可以到达30fps，通过对摄像头寄存器进行配置，来实现对图像的处理，最终得到清晰、稳定的图像。TF卡又称MicroSD是一种微型的快闪存储器，常用的数据存储设备。该设备有两种通信模式：SD模式与SPI模式。SD模式拥有更大的数据总线带宽，具备良好的性能。由于很多单片机都没有SD模式通信的接口，因此SPI模式更加通用。本实施例中，由于SD模式相关的引脚被用于其他用途，因此采用SPI模式通信。并且，在电路设计上要注意信号线的等长处理，以及增加参考地，提高信号完整性。必要的话，时钟线需要包地处理。
参照图8，电源单元分别为控制单元供电与惯导单元供电，其目的是为了防止周围电路在电流上产生干扰。另外，还需要2.8V和1.8V的稳压电源给摄像头模块供电。
总之，系统中控制单元主要负责各个任务的协调工作，同时运行滤波和控制算法。惯导单元主要负责提供系统姿态信息，并将这些信息反馈给控制单元，由控制单元来决定如何控制系统的其他部分。电机驱动单元是整个系统的动力部分，执行系统发出的控制命令，实现飞行动作。WiFi通信模块主要负责接收遥控命令，并转达给控制单元。摄像头和TFCard电路主要功能为拍照和存储。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种航拍飞行器的电路，其特征在于，包括：
通信单元，用于接收遥控信号，并进行转发；
惯导单元，用于感应飞行器的倾斜度以及周围的气压，并输出反馈信号；
电机驱动单元，用于驱动电机转动；
控制单元，用于接收所述遥控信号和反馈信号，并输出相应的控制信号给所述电机驱动单元；
摄像头以及存储单元，用于拍照和存储；
电源单元。
2.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于，所述通信单元包括型号为ESP8266的WiFi芯片。
3.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于，所述控制单元包括型号为STM32F407的单片机。
4.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于，所述电机驱动单元包括N型场效应管。
5.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于，所述摄像头以及存储单元包括型号为OV7670的摄像头和微型快闪存储器。
6.根据权利要求5所述的航拍飞行器的电路，其特征在于：所述微型快闪存储器为TF卡。
7.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于，所述惯导单元包括六轴倾角传感器MPU6050、磁力计HMC5883和气压传感器MS5611，所述磁力计HMC5883与六轴倾角传感器MPU6050通信连接，所述六轴倾角传感器MPU6050与气压传感器MS5611通信连接，所述气压传感器MS5611与所述控制单元通信连接。
8.根据权利要求1所述的航拍飞行器的电路，其特征在于：所述电源单元包括为控制单元供电的第一电源单元，为惯导单元供电的第二电源单元，为摄像头供电的第三电源单元，以及直接为电机供电的锂电池单元。
9.根据权利要求8所述的航拍飞行器的电路，其特征在于：所述第一电源单元包括型号为LM1117-3.3的稳压芯片；所述第二电源单元包括型号为LDO-3.3的稳压芯片；所述第三电源单元包括型号为LDO-2.8和LDO-1.8的稳压芯片。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106444801A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-22 | 青岛大学 | 一种基于wifi传输的多旋翼飞行器控制装置 |
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2016
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