CN205469824U - 基于stm32f4的环境探测四轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于STM32F4的环境探测四轴飞行器，用于环境侦察，它公开了在机架的上板四条力臂末端设置有无刷电机，无刷电机分成两组，一组为逆时针方向转动，另一组为顺时针方向转动，逆时针转动的螺旋桨为正桨，顺时针转动的螺旋桨都为反桨；在下板的底部设置有云台支架管，云台支架管的前端设置有云台架，云台架上安装有运动相机和中舵机；脚架末端都安装有避震棉套。本实用新型的优点是解决了传统环境侦查设备受地理环境影响大，应用面窄的问题；可应用于气象监测，军事侦察，消防灾情，城市规划等领域；采用单核心控制器方案，具有功能集成度高，结构紧凑，硬件成本低的优点，具有可观的推广价值。

Description

基于STM32F4的环境探测四轴飞行器

技术领域

本实用新型涉及监控设备及控制系统和环保监测仪器领域，具体涉及一种基于STM32F4的环境侦查四轴飞行器。

背景技术

环境侦查在低空侦察，灾情监视，安防，野外探险，城市规划，桥梁检测，气象观测等工作领域中起着重要意义。在现有技术中，陆地环境的侦察多由地面机器人来参与采集环境信息，包括实时传输所拍摄的视频，检测环境空气中的有害气体，以及反馈地理信息等。而该类地面侦查机器容易受地形影响，以致工作效率不高，灵活度差，移动速度小，拍摄的视野小；在以适应尽可能多的地理环境的前提下，制造的环境侦查机器人具有结构复杂，技术难度大，应用面窄，成本高等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于STM32F4的环境探测四轴飞行器，它针对现有技术存在的问题，为了能够克服地形对环境侦查影响和该类设备应用领域局限问题的环境侦查四轴飞行器提供具体解决方案。

本实用新型的技术解决方案是在主控制器、运动反馈装置，运动输出装置，环境侦查装置，数据通信装置，机架，无刷电机，螺旋桨，中舵机，云台架，云台支架管的基础上，其特点是在机架的上板四条呈90度相邻的力臂末端分别设置有无刷电机，无刷电机以对角方式划分成两组，一组无刷电机为逆时针方向转动，另一组无刷电机为顺时针方向转动，设置在无刷电机转轴上的螺旋桨的桨叶与水平面角度为45度，逆时针方向转动的两台无刷电机上安装的螺旋桨都为正桨，顺时针方向转动的两台无刷电机上安装的螺旋桨都为反桨；在机架的上板中间处预留有四轴飞行器的主控板安装空间，而上板的下方设置有下板，在下板顶面预留有四轴飞行器的锂离子电池安装空间；在下板的底部设置有云台支架管，云台支架管的前端设置有云台架，云台架上安装有运动相机和中舵机，中舵机可控制运动相机在云台架上作俯仰角及横滚角方向转动；机架的脚架呈弓形，在脚架末端都安装有避震棉套。

控制系统的技术方案是：基于STM32F4的环境侦查四轴飞行器，其包括主控制器、运动反馈装置、运动输出装置、环境侦查装置和数据通信装置。

所述主控制器为芯片STM32F407VET6，以机架F450V2为载体，控制核心通过控制所搭载的飞行器运动反馈装置、飞行器运动输出装置、环境探测装置、数据通信装置实现该产品功能。

所述飞行器运动反馈装置由型号为NEO-6M的GPS模块、PX4FLOW光流传感器、六轴传感器MPU6050、三轴电子罗盘HMC5883L、气压传感器MS5611所组成。

所述飞行器运动输出装置组成为：好盈天行者20A电调，新西达2212无刷电机，1045螺旋桨，由辉盛9克舵机和fubata S3003驱动的T8双轴阻尼云台。

所述环境侦查装置组成为：PM2.5传感器GP2Y1010AU0F，温湿度传感器Si7021，小蚁运动相机，CO气体传感器MQ307A，气压传感器MS5611，NEO-6M的GPS模块。

数据通信装置组成为：2.4G接收机R9D、433MHz无线通信模块E31-TTL-50、5.8G图传发射模块TS351。

本实用新型的工作原理是基于无刷电机的分组设置，螺旋桨的水平角和正反设置，以及云台支架管、云台架、运动相机和中舵机的具体位置安装，中舵机，使用乐迪遥控器AT9给四轴飞行器发送运动指令，包括悬停，上升，下降，机身转动，机身向前后左右方向的运动指令。2.4G遥控器接收机接收到控制指令后，传输给主控制器5。主控制器5获取运动反馈装置1中的六轴传感器的三轴加速度和三轴角速度数据，以及三轴电子罗盘的三轴磁场数据；主控制器对这三类数据进行融合，获得四轴飞行器的姿态角，进而与运动命令混合运算后得出各电机的转速值，通过电子调速器输出至无刷电机6、7、8、9，从而控制飞行器的姿态角。当需要实现悬停的指令时，且四轴飞行器离地面高度低于3m时，主控制器5需要获取光流传感器中的两个互相垂直的水平方向的位移量，另外也需该传感器附带的超声波模块测得的高度数据；当四轴飞行器离地面高度高于3m时，主控制器5获取GPS模块的经纬度数据，和气压传感器的数据，通过气压值换算得飞行器的高度；主控制器5通过水平方向位置和垂直方向的位置来确定四轴飞行器的空间位置，通过运动输出装置2不断调整机身位置位于指定三维空间点可接受距离范围内。另外，四轴飞行器做俯仰和横滚运动时，主控制器结合四轴飞行器自身的姿态角，控制云台16进行俯仰角和横滚角的补偿，使相机19拍摄的方向始终平行于水平面。

主控制器控制四轴飞行器运动的同时，主控制器5获取环境侦查装置3中的PM2.5传感器，温湿度传感器，CO气体传感器，气压传感器，GPS模块的数据，并对这些环境变量数据进行打包，通过433MHz无线通信模块向空中发射；地面站通过433MHz无线通信模块接收该数据包，并对数据包解析，对各类数据分类存储以及显示，以实现对所侦查环境作出评估。另外，环境侦查装置3中的相机对实时拍摄的画面，以AV信号的形式输出至5.8G图传发射模块；5.8G图传发射模块在指定无线电频道发射视频信号，地面站通过5.8G图传接收模块接收这个AV制式的视频信号，并以AV信号有线输出至显示屏，操作者可实时查看所侦查环境的真实情况。

本实用新型的优点是解决了传统环境侦查设备受地理环境影响大，应用面窄的问题；可应用于气象监测，军事侦察，消防灾情，城市规划等领域；采用单核心控制器方案，具有功能集成度高，结构紧凑，硬件成本低的优点，具有可观的推广价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型主控板各模块连接关系方框图。

具体实施方式

根据图1所示本实用新型在主控制器5、运动反馈装置1，运动输出装置2，环境侦查装置3，数据通信装置4，机架22，无刷电机6、7、8、9，螺旋桨10、11、12、13，中舵机17，云台架16，云台支架管21的基础上，其特点是在机架22的上板14四条呈90度相邻的力臂20末端分别设置有无刷电机6、7、8、9，无刷电机6、7、8、9以对角方式划分成两组，一组无刷电机6、8为逆时针方向转动，另一组无刷电机7、9为顺时针方向转动，设置在无刷电机转轴上的螺旋桨10、11、12、13的桨叶与水平面角度为45度，逆时针方向转动的两台无刷电机6、8上安装的螺旋桨10、12都为正桨，顺时针方向转动的两台无刷电机7、9上安装的螺旋桨11、13都为反桨；在机架22的上板14中间处预留有四轴飞行器的主控板安装空间，而上板14的下方设置有下板15，在下板15顶面预留有四轴飞行器的锂离子电池安装空间；在下板15的底部设置有云台支架管21，云台支架管21的前端设置有云台架16，云台架16上安装有运动相机19和中舵机17，中舵机17可控制运动相机19在云台架16上作俯仰角及横滚角方向转动；机架22的脚架18呈弓形，在脚架18末端都安装有避震棉套23。

所述的机架22是商用成品型号为F450V2，力臂20为尼龙与纤维混合物；力臂末端均装有新西达2212无刷电机6、7、8、9；螺旋桨10、11、12、13的型号为1045，直径10英寸。机架的上板14有多个用于固定主控板的孔，四轴飞行器的主控板放置于机架上板14上，机架的下板15放置锂离子电池。云台支架管21上套着云台架16，云台架16型号为T8双轴阻尼云台，其中舵机17可控制运动相机19在俯仰角及横滚角方向转动，其中运动相机19所拍摄方向为四轴飞行器的正前方向。

根据图2所示，四轴飞行器的控制系统是由主控制器5、运动反馈装置1、运动输出装置2、环境侦查装置3和数据通信装置4组成。

主控制器5的芯片STM32F407VET6通过设计好的程序控制各装置的工作。

运动反馈装置1中的GPS模块型号为NEO-6M，可输出四轴飞行器的经纬度，运动速度，高度等数据；光流传感器型号为PX4FLOW，可输出四轴飞行器相对水平面两个互相垂直方向的位移量，该模块附带超声波模块MB1043，可测量飞行器相对地面的高度；六轴传感器型号为MPU6050，可输出三轴加速度和三轴角速度等数据；三轴电子罗盘HMC5883L输出三轴磁场数据；气压传感器MS5611可获得气压大小的数据，进而通过气压与海拔高度的关系，换算得到四轴飞行器的高度大小。

运动输出装置2中直接受主控制器控制的为好盈天行者20A电调，辉盛9克云台舵机和fubata S3003舵机。电调可控制各电机的转速，云台舵机可控制云台的转动。

环境侦查装置3中的PM2.5传感器型号为GP2Y1010AU0F，用于检测空气中微粒的浓度；温湿度传感器Si7021用于检测环境的温湿度；小蚁运动相机为拍摄环境画面，并可输出视频信号用于无线发送；CO气体传感器MQ307A用于检测空气中的有毒气体一氧化碳；气压传感器MS5611采集空气气压的大小；GPS模块NEO-6M用于获取四轴飞行器当前的地理位置。

数据通信装置4中2.4G遥控器接收机型号为R9D,接收配套的乐迪遥控器AT9发送过来的运动信号，包括油门值，俯仰值，横滚值和航向值，并输出至主控制器5；433MHz无线通信模块E31-TTL-50使得主控器可与地面站设备通信，传输数据；5.8G图传发射模块TS351可无线发射由相机传输过来的AV信号。

上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型的权利要求进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于STM32F4的环境探测四轴飞行器，它包括主控制器、运动反馈装置，运动输出装置，环境侦查装置，数据通信装置，机架，无刷电机，螺旋桨，中舵机，云台架，云台支架管，其特征是在机架的上板四条呈90度相邻的力臂末端分别设置有无刷电机，无刷电机以对角方式划分成两组，一组无刷电机为逆时针方向转动，另一组无刷电机为顺时针方向转动，设置在无刷电机转轴上的螺旋桨的桨叶与水平面角度为45度，逆时针方向转动的两台无刷电机上安装的螺旋桨都为正桨，顺时针方向转动的两台无刷电机上安装的螺旋桨都为反桨；在机架的上板中间处预留有四轴飞行器的主控板安装空间，而上板的下方设置有下板，在下板顶面预留有四轴飞行器的锂离子电池安装空间；在下板的底部设置有云台支架管，云台支架管的前端设置有云台架，云台架上安装有运动相机和中舵机，中舵机可控制运动相机在云台架上作俯仰角及横滚角方向转动；机架的脚架呈弓形，在脚架末端都安装有避震棉套。