CN208459852U - 一种无人机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机控制系统，包括姿态控制器、第一单片机、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机；所述第一单片机分别与姿态控制器、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接，所述第二单片机分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接。本实用新型的控制系统，能有效提高无人机飞行的稳定性、可靠性和安全性。本实用新型作为一种无人机控制系统可广泛应用于无人机领域中。

Description

一种无人机控制系统

技术领域

本实用新型涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种无人机控制系统。

背景技术

目前，无人机市场发展迅速，政府也大力推动行业的发展，无人机行业迎来新的发展机遇，未来10年我国民用无人机市场总规模将超过300亿元。并且无人机的用途极为广泛，未来市场主要集中于农林植保、影视航拍、电力巡检等多种领域中。

对于目前常用的无人机，其控制通常是由无人机控制系统来完成的，而无人机控制系统工作的稳定性会直接影响无人机飞行的稳定性和安全性。但是，传统的无人机控制系统一般只有一个主控芯片，且各种控制均由这一个主控芯片来完成的，因此一旦此主控芯片因故障不能工作，无人机的自主控制将无法完成，这样则导致无人机的飞行安全将无法得到保证，工作可靠性和稳定性低下。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种无人机控制系统，提高了无人机飞行的稳定性、可靠性和安全性。

本实用新型所采用的技术方案是：一种无人机控制系统，包括姿态控制器、第一单片机、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机；所述第一单片机分别与姿态控制器、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接，所述第二单片机分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接。

进一步，所述姿态控制器包括SoC芯片、陀螺仪、加速度传感器以及磁阻传感器，所述SoC芯片分别与第一单片机、第二单片机、陀螺仪、加速度传感器以及磁阻传感器连接。

进一步，还包括开关电路，所述开关电路包括若干个电子开关，所述第一单片机通过若干个电子开关分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接；所述第二单片机与若干个电子开关的控制端连接。

进一步，还包括第一非门，所述第二单片机的输出端与第一非门的输入端连接，所述第一非门的输出端分别与若干个电子开关的控制端连接。

进一步，还包括第二非门，所述第一单片机的输出端与第二非门的输入端连接，所述第二非门的输出端与第二单片机的使能输入端连接。

进一步，还包括充电电池模块，所述充电电池模块分别与第一单片机和第二单片机连接。

进一步，所述充电电池模块包括锂电池以及充放电电路，所述锂电池通过充放电电路分别与第一单片机和第二单片机连接。

进一步，所述第一单片机和/或第二单片机采用型号为STM32F103的芯片来实现。

进一步，所述电机模块包括若干个驱动电路，所述驱动电路包括电机调速器和驱动电机，所述电机调速器分别与第一单片机、第二单片机以及驱动电机连接，所述驱动电机分别与第一单片机和第二单片机连接。

进一步，所述传感器模块包括光流传感器、GPS模块、气压计和/或超声波测距传感器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的无人机控制系统包括姿态控制器、第一单片机、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机；所述第一单片机分别与姿态控制器、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接，所述第二单片机分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接，可见，本实用新型的无人机控制系统采用了两个单片机，因此当作为主芯片的第一单片机发生故障时，便可将作为备份芯片的第二单片机替换第一单片机，解决了现有无人机控制系统中仅有一个主控芯片，当该主控芯片失效/故障时便无法继续无人机的正常自主控制进而导致发生飞行安全事故的问题，有效提高无人机飞行的稳定性、可靠性和安全性。

附图说明

图1是本实用新型一种无人机控制系统的结构框图；

图2是本实用新型一种无人机控制系统的一具体实施例结构框图；

图3是本实用新型一种无人机控制系统中单片机模块的第一具体实施例结构框图；

图4是本实用新型一种无人机控制系统中单片机模块的第二具体实施例结构框图；

图5是本实用新型一种无人机控制系统中单片机模块的第三具体实施例结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体优选实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

如图1所示，一种无人机控制系统，应用于无人机中，包括姿态控制器1、单片机模块2、电机模块3、传感器模块4、图像发射模块5、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8；

所述单片机模块2包括第一单片机201和第二单片机202；

所述第一单片机201分别与姿态控制器1、第二单片机202、电机模块3、传感器模块4、图像发射模块5、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8连接，所述第二单片机202分别与姿态控制器1、电机模块3、传感器模块4、图像发射模块5、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8连接。

具体地，对于所述姿态控制器1，其用于将采集到的姿态信息进行处理后，将处理结果传输至单片机(第一单片机201/第二单片机202)；

对于所述电机模块3，其用于驱动无人机的机翼的转动；

对于所述传感器模块4，其用于采集信息，并将采集到的信息传输至单片机(第一单片机201/第二单片机202)；

对于所述图像发射模块5，其用于将由单片机(第一单片机201/第二单片机202)传来的图像数据发送至地面接收器；

对于所述无线通信模块6，其用于实现无人机中的单片机(第一单片机201/第二单片机202)与地面基站之间的数据通信；

对于所述无线接收器7，其用于接收由地面遥控器传来的遥控指令，并将遥控指令传输至单片机(第一单片机201/第二单片机202)；

对于所述云台摄像机8，装载在无人机上，其用于在云台以不同转动角度和速度转动下，实现全方位的图像数据的采集，并将采集到的图像数据传输至单片机(第一单片机201/第二单片机202)；

对于上述第一单片机201和第二单片机202，它们所具有的控制功能相同，且它们之间电连接，当作为主芯片的第一单片机201出现故障时，第二单片机202则替换第一单片机201作为整个控制系统的主控芯片。

对于上述控制系统，其具体工作原理可为：当第一单片机201正常工作时，第一单片机201输出高电平至第二单片机202的使能端(此时单片机使能端为低电平有效，即使能端接入低电平，单片机才能工作)，此时第二单片机202不工作，当第一单片机201出现故障时，第一单片机201则输出低电平至第二单片机202的使能端，此时第二单片机202便能正常工作，代替第一单片机201作为控制系统的主控芯片，从而与所述姿态控制器1、电机模块3、传感器模块4、图像发射模块5、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8之间进行通信；或者，当第一单片机201正常工作时，第一单片机201输出低电平至第二单片机202的使能端(此时单片机使能端为高电平有效，即使能端接入高电平，单片机才能工作)，此时第二单片机202不工作，当第一单片机201出现故障时，第一单片机201则输出高电平至第二单片机202的使能端，此时第二单片机202便能正常工作，代替第一单片机201作为控制系统的主控芯片，从而与所述姿态控制器1、电机模块3、传感器模块4、图像发射模块5、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8之间进行通信；可见，所述第二单片机202主要用于检测所述第一单片机201是否出现故障，并在检测到第一单片机201出现故障时直接替换掉第一单片机201。因此由此可得，本实用新型的控制系统能够很好地解决了现有无人机控制系统中仅有一个主控芯片，当该主控芯片失效/故障时便无法继续无人机的正常自主控制进而导致发生飞行安全事故的问题，极大地提高无人机飞行的稳定性、可靠性和安全性。

在一优选实施例中，所述姿态控制器1包括SoC芯片101、陀螺仪102、加速度传感器103以及磁阻传感器104，所述SoC芯片101分别与第一单片机201、第二单片机202、陀螺仪102、加速度传感器103以及磁阻传感器104连接。

具体地，对于所述SoC芯片101，其用于对由陀螺仪102、加速度传感器103和/或磁阻传感器104采集到的信号进行信号处理；对于所述陀螺仪102，用于检测载体相对于导航坐标系统的角速度信号，即用于采集角速度信号；对于所述加速度传感器103，用于检测物体在载体坐标系统的加速度，即用于采集加速度信号；对于所述磁阻传感器104，用于测量地磁场信息，即用于采集地磁场信息。通过采用SoC芯片来实现姿态控制器1，这样便能将对由陀螺仪102、加速度传感器103和/或磁阻传感器104采集到的信号的处理从单片机模块2中分离开，无需单片机模块2中的单片机来执行，这样不仅能够提高效率，而且能降低对单片机的性能要求，降低投入成本。

在一优选实施例中，所述SoC芯片101中可设置有码率控制电路，所述码率控制电路包括：

GOP比特分配电路，用于进行GOP层的目标比特分配；

帧层比特分配电路，用于进行图片层的目标比特分配；

量化参数计算电路，用于根据模型来计算量化参数；

率失真优化电路，用于根据得到的量化参数选出最佳编码模式；

编码处理电路，用于根据选出的最佳编码模式进行编码处理；

所述GOP比特分配电路的输出端依次经过帧层比特分配电路、量化参数计算电路、率失真优化电路从而与编码处理电路的输入端连接；且所述码率控制电路内的各电路均基于H.265编码技术原来而实现电路设计的。通过在SoC芯片101设置码率控制电路，那么便能将由云台摄像机8采集到的图像数据经单片机(第一单片机201或第二单片机202)发送给SoC芯片101内的码率控制电路进行处理，并将处理后得到图像数据经单片机(第一单片机201/第二单片机202)传输至图像发射模块5进行发射，这样能够有效地降低针对超高清视频的无人机航拍所需的网络带宽，从而解决传输成本过高的问题，进而极好地推动超高清视频无人机航拍应用的普及。

在一优选实施例中，如图2所示，本系统还包括充电电池模块9，所述充电电池模块9分别与第一单片机201和第二单片机202连接。所述充电电池模块9用于为第一单片机201和第二单片机202供电；具体地，所述充电电池模块9包括锂电池以及充放电电路，所述锂电池通过充放电电路分别与第一单片机201和第二单片机202连接。通过设置充放电电路，锂电池能够通过充放电电路进行放电，进而为第一单片机201和第二单片机202供电；且充电电源能够通过充放电电路为锂电池充电。可见，充电电池模块9的电路结构简单，降低布线困难，且令电路可设计紧凑，布设空间小。

在一优选实施例中，所述电机模块3具体包括若干个驱动电路，所述驱动电路包括电机调速器和驱动电机，所述电机调速器分别与第一单片机201、第二单片202机以及驱动电机连接，所述驱动电机分别与第一单片机201和第二单片机202连接；单片机控制电机调速器和驱动电机工作，其中，所述驱动电机用于驱动无人机的机翼转动，一个驱动电机驱动一个机翼；所述电机调速器用于调节驱动电机的转动速度，一个电机调速器调节一个驱动电机的转动速度；通过利用所述电机模块3，可实现无人机的机翼驱动调节，令无人机的飞行灵活度更好，可适应不同的状况进行飞行；

所述传感器模块4具体包括光流传感器、GPS模块、气压计和/或超声波测距传感器；

所述图像发射模块5具体包括调制电路和放大射频发射电路，所述第一单片机201/第二单片机202通过调制电路与放大射频发射电路连接，以用于发射数据至地面接收器。

在一优选实施例中，如图3所示，单片机模块2中还包括开关电路10，所述开关电路10包括若干个电子开关，所述第一单片机201通过若干个电子开关分别与姿态控制器1中的SoC芯片101、电机模块3中的电机调速器和驱动电机、传感器模块4中的各传感器/模块、图像发射模块5中的调制电路、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8连接；所述第二单片机与若干个电子开关的控制端连接。当第一单片机201出现故障，输出低电平/高电平至第二单片机202的使能端，令其工作时，为了保证第二单片机202完全替代第一单片机201与其他模块之间进行通信，避免第一单片机201与姿态控制器1中的SoC芯片101、电机模块3中的电机调速器和驱动电机、传感器模块4中的各传感器/模块、图像发射模块5中的调制电路、无线通信模块6、无线接收器7以及云台摄像机8之间仍存有通信，则第二单片机202在正常工作时，输出电信号至若干个电子开关的控制端，令若干个电子开关均断开。可见，通过设置所述开关电路10，能够进一步地提高系统工作的可靠性、稳定性和安全性。

此外，若选取的电子开关为控制端接入高电平呈闭合状态，接入低电平呈断开状态，而由于第二单片机202的使能端在接入有效的电平信号后才能正常工作，也就是说，在第二单片机202不工作时，其端口的电平信号为0，即低电平，因此，在此状态下，如图4所示，应设有第一非门11，所述第二单片机202的输出端与第一非门11的输入端连接，所述第一非门11的输出端分别与若干个电子开关的控制端连接，这样，当第二单片机202不工作时，第一非门1输入端接入低电平，而输出高电平，即电子开关的控制端接入高电平，此时电子开关闭合，第一单片机201与各模块之间进行正常通信；当第二单片机202正常工作时，第二单片机202输出高电平至第一非门1，第一非门1输入端接入高电平，而输出低电平，即，电子开关的控制端则接入低电平，呈断开状态，同时第二单片机202替换第一单片机201，从而与各模块之间进行正常通信，继续实现无人机的控制功能。

还有，当第一单片机201在发生故障时，其可能无法稳定可靠地输出高电平信号至第二单片机202的使能端，令第二单片机202正常工作(在本实施例中，第二单片机202的使能端接入高电平有效)，因此，在电路设计时，应选择使能端为低电平有效的单片机来作为第二单片机202，当第一单片机201正常工作时，第一单片机201输出高电平至第二单片机202的使能端，此时第二单片机202不工作，当第一单片机201出现故障时，则停止工作，不输出信号，即相当于输出低电平至第二单片机202的使能端，令第二单片机202正常工作，与各模块通信；又或者，在选择使能端为高电平有效的单片机来作为第二单片机202的情况下，设置一个第二非门12，如图5所示，所述第一单片机201的输出端与第二非门12的输入端连接，所述第二非门12的输出端与第二单片机202的使能输入端连接，这样，当第一单片机201正常工作时，第一单片机201输出高电平至第二非门12的输入端，此时第二非门12输出低电平至第二单片机202的使能端，第二单片机202不工作，当第一单片机201出现故障时，则停止工作，不输出信号，即相当于输出低电平至第二非门12的输入端，此时第二非门12的输出端则输出高电平至第二单片机202的使能端，令第二单片机202正常工作，与各模块通信。

在一优选实施例中，所述第一单片机201和/或第二单片机202采用型号为STM32F103的芯片来实现。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种无人机控制系统，其特征在于，包括姿态控制器、第一单片机、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机；所述第一单片机分别与姿态控制器、第二单片机、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接，所述第二单片机分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接。

2.根据权利要求1所述一种无人机控制系统，其特征在于，所述姿态控制器包括SoC芯片、陀螺仪、加速度传感器以及磁阻传感器，所述SoC芯片分别与第一单片机、第二单片机、陀螺仪、加速度传感器以及磁阻传感器连接。

3.根据权利要求1所述一种无人机控制系统，其特征在于，还包括开关电路，所述开关电路包括若干个电子开关，所述第一单片机通过若干个电子开关分别与姿态控制器、电机模块、传感器模块、图像发射模块、无线通信模块、无线接收器以及云台摄像机连接；所述第二单片机与若干个电子开关的控制端连接。

4.根据权利要求3所述一种无人机控制系统，其特征在于，还包括第一非门，所述第二单片机的输出端与第一非门的输入端连接，所述第一非门的输出端分别与若干个电子开关的控制端连接。

5.根据权利要求3所述一种无人机控制系统，其特征在于，还包括第二非门，所述第一单片机的输出端与第二非门的输入端连接，所述第二非门的输出端与第二单片机的使能输入端连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种无人机控制系统，其特征在于，还包括充电电池模块，所述充电电池模块分别与第一单片机和第二单片机连接。

7.根据权利要求6所述一种无人机控制系统，其特征在于，所述充电电池模块包括锂电池以及充放电电路，所述锂电池通过充放电电路分别与第一单片机和第二单片机连接。

8.根据权利要求1-5任一项所述一种无人机控制系统，其特征在于，所述第一单片机和/或第二单片机采用型号为STM32F103的芯片来实现。

9.根据权利要求1-5任一项所述一种无人机控制系统，其特征在于，所述电机模块包括若干个驱动电路，所述驱动电路包括电机调速器和驱动电机，所述电机调速器分别与第一单片机、第二单片机以及驱动电机连接，所述驱动电机分别与第一单片机和第二单片机连接。

10.根据权利要求1-5任一项所述一种无人机控制系统，其特征在于，所述传感器模块包括光流传感器、GPS模块、气压计和/或超声波测距传感器。