CN206819160U - 无人机飞行控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机飞行控制电路，包括Cortex‑M4内核ARM芯片、Cortex‑M3内核ARM芯片、FRAM、SD卡、陀螺仪、具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及压力传感器。通过对ARM芯片、加速度计和陀螺仪的冗余设计，有效地提高了无人机的控制精度以及稳定性，操作简单、维护方便,达到了设计要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机飞行控制电路。
背景技术
无人机是一种机载程序控制或由无线电波遥控的无人驾驶飞行器。无人机用途广泛，可用于空中摄影、快递运输、军事侦察等领域，具有使用方便、机动性能好等优点。无人机飞行控制电路是无人机的核心部件，控制无人机的飞行动作。现有的无人机飞行控制方法通常采用单CPU、单陀螺仪、或者单加速度计等方法。导致无人机无法精确地调整姿态，不能实时地处理无人机出现的故障，从而影响到无人机飞行的安全性和可靠性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术的不足，提供一种无人机飞行控制电路，简化结构，节省成本，提升设备的安全性和可靠性。
本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种无人机飞行控制电路，其特征在于：包括Cortex-M4内核ARM芯片、Cortex-M3内核ARM芯片、FRAM、SD卡、陀螺仪、具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及压力传感器。所述Cortex-M4内核ARM芯片、所述Cortex-M3内核ARM芯片、所述FRAM与所述SD卡在板卡FMU上。所述陀螺仪、所述具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、所述具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及所述压力传感器在板卡IMU上，结构为分体式结构。
所述Cortex-M4内核ARM芯片控制所述FRAM读写操作，用于无人机飞行期间的数据备份以及故障重启后延续故障前的状态和计算结果。
所述Cortex-M4内核ARM芯片控制所述SD卡读写操作，用于记录日志数据。
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述陀螺仪的输出信息，用于计算无人机旋转的角度。
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D输出信息，用于计算无人机的飞行姿态以及旋转的角度。
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000输出信息，用于计算无人机的飞行姿态以及偏航角度。
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述压力传感器输出信息，用于计算无人机的飞行高度。
所述Cortex-M4内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出I2C接口连接放置在无人机上的空速计和GPS芯片，读取无人机飞行速度和绝对位置。
所述Cortex-M4内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出脉宽调制波形(PWM)，控制放置在在无人机上的电调驱动舵机转动。
所述Cortex-M3内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出脉宽调制波形(PWM)，作为所述Cortex-M4内核ARM芯片的备用芯片，保证所述Cortex-M4内核ARM芯片出现故障后，无人机能够平稳降落。
优选地，所述Cortex-M4内核ARM芯片采用NXP公司的LPC4315。
优选地，所述Cortex-M3内核ARM芯片采用NXP公司的LPC1547。
优选地，所述FRAM采用CYPRESS公司的FM25001。
优选地，所述具备加速度计功能与磁力计功能的芯片采用InvenSense公司的MPU6000。
优选地，所述陀螺仪芯片采用ST公司的L3GD20。
优选地，所述具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片采用ST公司的LSM303D。
优选地，所述压力传感器采用TE公司的MS5611。
FM25001的输入、输出都连接到LPC4315。
SD卡的输入、输出都连接到LPC4315。
L3GD20的输入信号是无人机的自身旋转状态，输出连接到LPC4315。
LSM303D的输入信号是无人机的六轴运动情况和自身旋转状态，输出连接到LPC4315。
MPU6000的输入信号是无人机的偏航角度和六轴运动情况，输出连接到LPC4315。
MS5611的输入信号无人机所处高度的大气压值，输出连接到LPC4315。
LPC4315的输入信号是FM25001、SD卡、L3GD20、LSM303D、MPU6000和、MS5611和LPC1547的输出信号，LPC4315的输出连接到LPC1547和板卡FMU板外。
LPC1547的输入信号是LPC4315的输出信号，LPC1547的输出连接到LPC4315和板卡FMU板外。
本实用新型的有益效果是:相对于现有技术，通过对ARM芯片、加速度计和陀螺仪的冗余设计，有效地提高了无人机的控制精度以及稳定性，操作简单、维护方便,达到了设计要求。
附图说明
图1为本实用新型的硬件及主要信号线连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示，一种无人机飞行控制电路，包括：
1)LPC4315：主要完成无人机的控制功能；
2)LPC1547：主要完成无人机的安全降落功能；
3)FM25001：主要完成无人机飞行期间的数据备份以及故障重启后延续功能；
4)SD卡：主要完成记录日志数据功能；
5)MPU6000：主要完成把无人机的偏航角度和六轴运动情况转化为电信号的功能；
6)LSM303D：主要完成把无人机的六轴运动情况和自身旋转状态转化为电信号的功能；
7)L3GD20：主要完成把无人机的自身旋转状态转化为电信号的功能；
8)MS5611：主要完成把无人机所处高度的大气压值转化为电信号的功能。
硬件及主要信号线连接示意图如图1所示。
板卡IMU包含MPU6000、LSM303D、L3GD20和MS5611。
板卡FMU包含LPC4315、LPC1547、FM25001和SD卡。
板卡IMU和板卡FMU之间通过接插件连接，整个设备是分体结构。
MPU6000具备加速度计和磁力计的功能，能够感知任意方向上的加速度，通过测量无人机在六个轴向的受力情况来得到六轴运动情况。MPU还可以测试磁场强度和方向，从而定位设备的方位，测量出无人机与地磁四个方向上的夹角。
LSM303D具备陀螺仪和加速度计的功能，通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角得出无人机旋转的角速度。LSM303D还可以得到无人机的六轴运动情况。
L3GD20计算无人机的旋转角速度，判断出无人机的移动轨迹。
MS5611采集无人机所处的大气压数值，反馈无人机的高度。
LPC4315采集MPU6000、LSM303D、L3GD20和MS5611的输出信息，通过I2C总线采集放置在无人机上的GPS芯片和空速计的信息，从而控制脉宽调制波形(PWM)的占空比。所述脉宽调制波形(PWM)控制放置在在无人机上电调的输出。所述无人机上电调的输出控制放置在在无人机上舵机的转速。LPC4315根据采集到的高度、速度、姿态、旋转角度、偏航角度等信息调整无人机的飞行状态。
在无人机飞行过程中，LPC4315将采集到的数据和飞行日志存储在SD卡上。
LPC4315把高度、速度、姿态、旋转角度、偏航角度等信息以及飞行日志存储在FM25001上。FM25001存储速度快且有掉电非易失性，可以在LPC4315出现故障后提供延续信息。
LPC1547定期向LPC4315发送“心跳包”，根据在3毫秒内是否收到应答信号检测LPC4315是否发生故障。如果LPC4315在接到“心跳包”内的3毫秒没有应答LPC1547，则LPC1547判定LPC4315发生故障。此时LPC1547控制无人机的电调和舵机装置，控制无人机安全降落。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种无人机飞行控制电路，其特征在于：包括Cortex-M4内核ARM芯片、Cortex-M3内核ARM芯片、FRAM、SD卡、陀螺仪、具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及压力传感器；所述Cortex-M4内核ARM芯片、所述Cortex-M3内核ARM芯片、所述FRAM与所述SD卡在板卡FMU上；所述陀螺仪、所述具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D、所述具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000以及所述压力传感器在板卡IMU上，结构为分体式结构；
所述Cortex-M4内核ARM芯片控制所述FRAM读写操作，用于无人机飞行期间的数据备份以及故障重启后延续故障前的状态和计算结果；
所述Cortex-M4内核ARM芯片控制所述SD卡读写操作，用于记录日志数据；
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述陀螺仪的输出信息，用于计算无人机旋转的角度；
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片LSM303D输出信息，用于计算无人机的飞行姿态以及旋转的角度；
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述具备加速度计功能与磁力计功能的芯片MPU6000输出信息，用于计算无人机的飞行姿态以及偏航角度；
所述Cortex-M4内核ARM芯片读取所述压力传感器输出信息，用于计算无人机的飞行高度；
所述Cortex-M4内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出I2C接口连接放置在无人机上的空速计和GPS芯片，读取无人机飞行速度和绝对位置；
所述Cortex-M4内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出脉宽调制波形(PWM)，控制放置在无人机上的电调驱动舵机转动；
所述Cortex-M3内核ARM芯片通过所述板卡FMU输出脉宽调制波形(PWM)，作为所述Cortex-M4内核ARM芯片的备用芯片，保证所述Cortex-M4内核ARM芯片出现故障后，无人机能够平稳降落。
2.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:Cortex-M4内核ARM芯片采用NXP公司的LPC4315。
3.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:Cortex-M3内核ARM芯片采用NXP公司的LPC1547。
4.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:FRAM采用CYPRESS公司的FM25001。
5.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:具备加速度计功能与磁力计功能的芯片采用InvenSense公司的MPU6000。
6.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:陀螺仪芯片采用ST公司的L3GD20。
7.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:具备加速度计功能与陀螺仪功能的芯片采用ST公司的LSM303D。
8.根据权利要求1所述的无人机飞行控制电路，其特征在于:压力传感器采用TE公司的MS5611。
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| CN201720609111.1U CN206819160U (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 无人机飞行控制电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112254721A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-22 | 南京大学 | 一种基于光流相机的姿态定位方法 |
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2017
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