CN205837186U - 基于wifi的微型四轴飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于WIFI的微型四轴飞行器，包括安装主体，所述安装主体上包围设置有四个旋臂，四个所述旋臂处于同一水平面且整体呈“X”形，在靠近所述旋臂的端部均设有一个直流电机，所述直流电机的转轴上安装有旋翼；所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内设有微控制器，所述微控制器分别与四个所述旋臂上的电机连接，在所述微控制器上连接WIFI通信模块，所述微控制器经WIFI通信模块与飞行控制系统连通。有益效果：实时性好、载重轻，功耗低，可靠性好、使用寿命长。

Description

基于WIFI的微型四轴飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，具体地说，是一种基于WIFI的微型四轴飞行器。

背景技术

随着微机电系统的发展，单轴直升机一直是微型飞行器发展的研究平台，但其复杂性及不稳定性却限制了它的发展。如今多轴飞行器，特别是四轴飞行器越来越受到人们的重视。

微型四轴飞行器具有可垂直起降、自由悬停、快速变向和姿态转换等特性，并且噪音小、隐蔽性强，能够在各种极端恶劣的环境，如核生化威胁等，或狭小的空间内飞行。

但是随着微型四轴飞行器的使用，发现微型四轴飞行器传输数据慢，导致对微型四轴飞行器的控制延迟，无法达到预期的飞行路线，并且容易造成微型四轴飞行器与其他物体发生碰撞，安全性能低，可靠性差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种基于WIFI的微型四轴飞行器，实现数据高速度传输，实时控制微型四轴飞行器的飞行速度、姿态，提高微型四轴飞行器的可靠性。

为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种基于WIFI的微型四轴飞行器，包括安装主体，其关键在于，所述安装主体上包围设置有四个旋臂，四个所述旋臂处于同一水平面且整体呈“X”形，在靠近所述旋臂的端部均设有一个直流电机，所述直流电机的转轴上安装有旋翼；所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内设有微控制器，所述微控制器分别与四个所述旋臂上的电机连接，在所述微控制器上连接WIFI通信模块，所述微控制器经WIFI通信模块与飞行控制系统连通。

采用上述方案，四个旋臂处于同一水平面且整体呈“X”形，并通过设置在旋臂的端部直流电机实现飞行，其中，相邻两个直流电机的旋转方向相反，相对两个直流电机旋转方向相同，通过调节4个电机的转速来改变旋翼转速，以实现微型四轴飞行器空间6个运动自由度，即分别沿X、Y、Z坐标轴作平移和旋转运动，以及4个可以控制的基本运动状态，即上下飞行、前后飞行、滚转飞行和偏航飞行；通过WIFI通信模块，微控制器与飞行控制系统之间实现无线通讯，飞行数据实现高速度传输，飞行控制系统对微型四轴飞行器实现实时控制，减少了微型四轴飞行器和其他物体发生碰撞，提高了微型四轴飞行器的安全性和可靠性。

进一步描述，所述微控制器上连接有陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器、LED状态显示模块以及飞行姿态显示模块。

采用上述方案，根据陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器确定实时监测飞行器相对于标准的X、Y、Z坐标轴的偏离，同时检测飞行器的加速度和飞行方向，并结合四元数得到欧拉角，从而得出飞行姿态参数，同时通过LED状态显示模块和飞行姿态显示模块实时显示出来。

再进一步描述，为了提高数据处理速率，所述微控制器为嵌入式微控制器，所述微控制器采用LPC2124芯片。

再进一步描述，所述陀螺仪传感器为三轴陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器采用FXAS21002芯片，该芯片小型、功耗低，该陀螺仪传感器的芯片经SPI接口与所述微控制器相连，传输数据块，实时性好。

再进一步描述，所述加速度及磁力传感器采用FXOS8700CQ芯片，将加速度传感器和磁力传感器合二为一，大大降低了飞行器的载重，并且根据该传感器可以飞行器的加速度及方向，有效监管飞行器的飞行状态，所述加速度及磁力传感器的芯片采用SPI接口与所述微控制器相连。

再进一步描述，所述WIFI通信模块采用RN1723模块，该模块是一款独立的、内嵌2.4GHz IEEE 802.11b/g模块，其集成了晶振、电压调节器、匹配电路、功率放大器等。并支持Infrastructure与SoftAp网络模式，内置网络应用程序：TCP，UDP，DHCP，DNS，ARP，HTTP客户端与FTP客户端。板载TCP/IP网络协议栈以及唯一的MAC地址。支持UART通信接口，使用简单的AT命令字与外部微处理器进行读写操作。考虑到该模块如果采用外部天线，不仅其重量增加，并且也影响飞行器的正常飞行。因此在所述WIFI通信模块的电路板上设置有板载天线，提高了WIFI通信模块的通信可靠性，并降低了飞行器的载重。

再进一步描述，由于飞行器要在空中完成各种飞行姿态，则飞行器上的所有结构器件均需要连接牢固，则在所述电路安装腔内设置有电路板固定装置，为了防尘防水，在所述电路安装腔上还设置有电路板隔离装置，其中电路板隔离装置为包裹在安装主体上的薄膜或者透明塑料板，从而延长飞行器的使用寿命，其中薄膜重量轻，不会大幅度增加飞行器载重，而透明塑料板使用时间长，不会经常更换，使用方便。

本实用新型的有益效果：通过在微型四轴飞行器上设置WIFI通信模块，使飞行器与飞行控制系统连通，实现实时控制，减少控制延时而造成的损伤；并且在电路板上设置板载天线，既提高了传输速度，并且载重小；根据陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器确定实时监测飞行器相对于标准的X、Y、Z坐标轴的偏离，同时检测飞行器的加速度和飞行方向，并结合四元数得到欧拉角，从而得出飞行姿态参数，同时通过LED状态显示模块和飞行姿态显示模块实时显示出来；并在飞行器上设置电路板固定装置，使飞行更加可靠；在飞行器上设置电路板隔离装置，防尘防水，延长了飞行器的使用寿命。

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WIFI通信模块连接框图；

图3是微型四轴飞行器控制框图；

图4是微控制器芯片电路图；

图5是陀螺仪传感器芯片电路图；

图6是加速度及磁力传感器芯片电路图；

图7是WIFI通信模块电路图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

从图1可以看出，一种基于WIFI的微型四轴飞行器，包括安装主体，所述安装主体上包围设置有四个旋臂，四个所述旋臂处于同一水平面且整体呈“X”形，在靠近所述旋臂的端部均设有一个直流电机，所述直流电机的转轴上安装有旋翼；

所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内设有微控制器，所述微控制器分别与四个所述旋臂上的电机连接，在所述微控制器上连接WIFI通信模块，所述微控制器经WIFI通信模块与飞行控制系统连通，具体如图2所示。

从图3可以看出，微控制器上连接有陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器、LED状态显示模块以及飞行姿态显示模块，微控制器接收陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器的检测数据，并且微控制器通过WIFI通信模块，将飞行器的油门信号、航向、滚转、俯仰传送到飞行控制系统，同时飞行控制系统将控制信号经WIFI通信模块，传送到微控制器，使飞行器控制四个直流电机旋转，实现飞行器垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、翻转飞行、测向飞行、自由悬停、紧急停机等信号，并通过LED状态显示模块显示无线通信状态、飞行器启动状态、紧急停机状态、充电指示状态、运行状态、电量状态、电源指示状态等。

从图4可以看出，所述微控制器为嵌入式微控制器，所述微控制器采用LPC2124芯片。

从图5可以看出，所述陀螺仪传感器为三轴陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器采用FXAS21002芯片，该陀螺仪传感器的芯片经SPI接口与所述微控制器相连，从图5和图4可以看出，微控制器芯片的第15管角、第26管角、第44管角、第31管角、第30管角、第29管角、第27管角分别和陀螺仪传感器的FXAS21002芯片的第2管角、第3管角、第4管角、第17管角、第13管角、第12管角、第11管角连接。

从图6可以看出，所述加速度及磁力传感器采用FXOS8700CQ芯片，所述加速度及磁力传感器的芯片采用SPI接口与所述微控制器相连，从图4和图6可以看出，微控制器芯片的第47管角、第53管角、第54管角、第45管角、第55管角、第46管角、第40管角分别与加速度及磁力传感器的芯片FXOS8700CQ的第4管角、第6管角、第7管角、第9管角、第55管角、第45管角、第16管角连接。

从图7可以看出，所述WIFI通信模块采用RN1723模块，在所述WIFI通信模块的电路板上设置有板载天线，从图4和图7还可以看出微控制器芯片的第36管角、第28管角分别和、第36管角、第33管角、第34管角、第37管角、第35管角分别与RN1723芯片的第40管角、第48管角、第41管角、第46管角、第45管角、第44管角、第43管角连接。

在本实施例中，在所述电路安装腔内设置有电路板固定装置和电路板隔离装置。

本实用新型的工作原理：微型四轴飞行器通过WIFI通信模块与飞行控制系统连通，微控制器采集油门、航向、滚转、俯仰信号，并通过WIFI通信模块传送到飞行控制系统，飞行控制系统发出控制信号，致使微型四轴飞行器控制四个直流电机旋转，实现微型四轴飞行器垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、翻转飞行、测向飞行、自由悬停、紧急停机等，在飞行过程中，LED状态显示模块显示无线通信状态、飞行器启动状态、紧急停机状态、充电指示状态、运行状态、电量状态、电源指示状态等，根据给定的信号，实时控制，并且恩对飞行姿态实时检测，并对飞行器飞行姿态实时调整，形成闭环控制。

微型四轴飞行器的四个旋臂可以为呈杆状或者呈镂空板状，以降低微型四轴飞行器的载重量，并且安装主体可以呈腔体或者由支撑杆组成的方形支撑架，来安装电路板。

Claims (7)

1.一种基于WIFI的微型四轴飞行器，包括安装主体，其特征在于：所述安装主体上包围设置有四个旋臂，四个所述旋臂处于同一水平面且整体呈“X”形，在靠近所述旋臂的端部均设有一个直流电机，所述直流电机的转轴上安装有旋翼；

所述安装主体为一电路安装腔，该电路安装腔内设有微控制器，所述微控制器分别与四个所述旋臂上的电机连接，在所述微控制器上连接WIFI通信模块，所述微控制器经WIFI通信模块与飞行控制系统连通。

2.根据权利要求1所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：所述微控制器上连接有陀螺仪传感器、加速度及磁力传感器、LED状态显示模块以及飞行姿态显示模块。

3.根据权利要求2所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：所述微控制器为嵌入式微控制器，所述微控制器采用LPC2124芯片。

4.根据权利要求2所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：所述陀螺仪传感器为三轴陀螺仪传感器，所述陀螺仪传感器采用FXAS21002芯片，该陀螺仪传感器的芯片经SPI接口与所述微控制器相连。

5.根据权利要求2所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：所述加速度及磁力传感器采用FXOS8700CQ芯片，所述加速度及磁力传感器的芯片采用SPI接口与所述微控制器相连。

6.根据权利要求1所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：所述WIFI通信模块采用RN1723模块，在所述WIFI通信模块的电路板上设置有板载天线。

7.根据权利要求1所述的基于WIFI的微型四轴飞行器，其特征在于：在所述电路安装腔内设置有电路板固定装置和电路板隔离装置。