CN216595943U - 一种多旋翼无人机控制用驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多旋翼无人机控制用驱动系统，通过设置STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，并通过选择电路对STM32F405处理器模式进行切换。利用STM32F405处理器的处理能力，配合各种数据接口的高速数据传输能力，可以根据当前飞行姿态和航路计算每个旋翼的瞬时功率，并且通过对每个旋翼的电机驱动电路的优化，确保电机能够快速准确响应，能够满足多旋翼无人机多种设计要求。

Description

一种多旋翼无人机控制用驱动系统

技术领域

本实用新型属于无人机控制技术领域，尤其是涉及一种多旋翼无人机控制用驱动系统。

背景技术

无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)是一种装载有动力装置的无人驾驶飞行器。多旋翼无人机，是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电动机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。

多旋翼无人机具有体积和质量小、隐蔽性和安全性好、可灵活垂直起降、飞行高度低、机动性强、结构简单操作灵活和成本较低等优点，近些年成为无人机控制领域的研究热点而受到了越来越多的关注。相较于有人驾驶的飞机，无人机的飞行控制系统设计更为重要。要求无人机能自动调整各个旋翼电机的输出瞬时功率，以满足姿态、速度、航迹的要求。只有设计合理的驱动系统，才能够满足多旋翼无人机飞行安全的需求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种多旋翼无人机控制用驱动系统，以实现多旋翼无人机飞行安全的需求的技术目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种多旋翼无人机控制用驱动系统，包括：

STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，所述STM32F405处理器的SPI接口与所述无线通信模块电连接，所述STM32F405处理器的定时器接口与所述电机驱动电路电连接，所述STM32F405处理器的UART接口与所述飞行姿态传感器电连接，所述STM32F405处理器的I2C接口与所述遥控器电连接，所述电机驱动电路，包括：L6234驱动芯片，所述L6234驱动芯片的IN1、IN2和IN3与STM32F405处理器的定时器接口电连接，所述L6234驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3与电机电连接，所述L6234驱动芯片的EN1、EN2和EN3与电机电连接。

进一步的，所述电机驱动电路还包括：

光耦隔离电路，所述光耦隔离电路包括：HCPL063L芯片，所述HCPL063L芯片的输出端与所述L6234驱动芯片的输入端电连接，所述HCPL063L芯片的输入端与所述STM32F405处理器定时器接口电连接。

进一步的，所述电机驱动电路，还包括：12V电源，所述12V电源与L6234驱动芯片的VS引脚电连接，所述第一二极管的第一端与所述12V电源电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与所述L6234驱动芯片的VBOOT引脚电连接。

进一步的，所述电机驱动电路还包括：第一电容C1、第二电容C2和接地端，所述第一电容C1与所述第二电容C2并联，所述第一电容C1的第一端与所述12V电源电连接，所述第一电容C1的第二端与所述接地端电连接；相应的，所述电机驱动电路还包括：第一电阻R1和第三电容C3，所述第一电阻R1的第一端与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第三电容C3的第一端电连接，所述第三电容C3的第一端与所述L6234驱动芯片的VCP针脚电连接。

进一步的，所述电机驱动电路还包括：第二电阻R2和第四电容C4，所述第四电容C4的第一端与所述第二二极管的第二端电连接，所述第四电容C4的第二端与所述第二电阻R2的第一端电连接，所述第二电阻R2的第一端与接地端电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述L6234驱动芯片的SENSE引脚电连接。

进一步的，所述光耦隔离电路还包括：5V电压源，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第三电阻R3的第一端与所述5V电压源电连接，所述第三电阻R3的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE1针脚电连接，所述第四电阻R4的第一端与所述5V电压源电连接，所述第四电阻R4的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE2针脚电连接，所述第五电阻R5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述HCPL063L芯片的INA针脚电连接,所述第六电阻R6的第一端与所述5V电压源电连接，所述第六电阻R6的第二端与所述HCPL063L芯片的INB针脚电连接。

进一步的，所述光耦隔离电路还包括：第五电容C5和接地端，所述第五电容C5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电容C5的第二端与所述接地端电连接。

进一步的，每个L6234驱动芯片用于驱动多数旋翼无人机中的一个旋翼。

更进一步的，每个所述L6234驱动芯片对应三个HCPL063L芯片。

相对于现有技术，本实用新型所述的多旋翼无人机控制用驱动系统具有以下优势：本实用新型所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，通过设置STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，并通过选择电路对STM32F405处理器模式进行切换。利用STM32F405处理器的处理能力，配合各种数据接口的高速数据传输能力，可以根据当前飞行姿态和航路计算每个旋翼的瞬时功率，并且通过对每个旋翼的电机驱动电路的优化，确保电机能够快速准确响应，能够满足多旋翼无人机多种设计要求。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的多旋翼无人机控制用驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的多旋翼无人机控制用驱动系统中L6234驱动芯片的电路连接示意图；

图3为本实用新型实施例所述的多旋翼无人机控制用驱动系统中HCPL063L芯片的电路连接示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图1为本实用新型实施例所述的多旋翼无人机控制用驱动系统的结构示意图，参见图1，所述多旋翼无人机控制用驱动系统可以包括：所述多旋翼无人机控制用驱动系统，包括：STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，所述STM32F405处理器的SPI接口与所述无线通信模块电连接，所述STM32F405处理器的定时器接口与所述电机驱动电路电连接，所述STM32F405处理器的UART接口与所述飞行姿态传感器电连接，所述STM32F405处理器的IIC接口与所述遥控器电连接，所述电机驱动电路，包括：L6234驱动芯片，所述L6234驱动芯片的IN1、IN2和IN3与STM32F405处理器的定时器接口电连接，所述L6234驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3与电机电连接，所述L6234驱动芯片的EN1、EN2和EN3与电机电连接。

STM32系列专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM。所述STM32F405处理器集成了单周期的D SP指令和单精度浮点运算单元，最高主频高达168MHz，处理速度有明显提升，可以进行复杂的数学运算，非常适用于运行较复杂的导航数据滤波算法。特别适用于多旋翼无人机控制。并且其内部集成了RC振荡器产生的高速内部时钟，和大量的通用I/O口电路，特别适合于对多旋翼无人机每个旋翼的单独驱动控制。

在本实施例中，所述多旋翼无人机控制系统还可包括：无线通信模块，用于与地面站传输数据。STM32F405处理器的SPI接口与所述无线通信模块电连接。所述无线通信模块可采用NRF24L01芯片，配合SPI接口，可以实现2M流量，进而实现高速数据传输。所述STM32F405处理器的UART接口与所述飞行姿态传感器电连接。UART接口接收航姿参考系统发送过来的姿态、位置测量。此外，还可参考通过I2C接口接收来自遥控端的控制指令，根据控制程序，解算出给各电机的控制信号。

在本实施例中，所述STM32F405处理器的定时器接口与所述电机驱动电路电连接，利用定时器接口的振荡频率特性生成相应的不同脉宽的PMW信号，进而实现对每个旋翼的电机进行驱动控制。

可选的，所述电机驱动电路，包括：L6234驱动芯片，所述L6234驱动芯片的IN1、IN2和IN3与STM32F405处理器的定时器接口电连接，所述L6234驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3与电机电连接，所述L6234驱动芯片的EN1、EN2和EN3与电机电连接。可接收STM32F405处理器的定时器接口。芯片L6234含有由6个NMO S管组成的三个桥型功率放大电路，非常适用于无刷直流电机的驱动。采用集成桥型驱动芯片，既简化了硬件设计，降低了设计难度，还显著提高了驱动系统的可靠性。L6234驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3输出三路PWM信号，L6234驱动芯片的EN1、EN2和EN3输出三路使能信号。

具体的，所述电机驱动电路，还包括：12V电源，所述12V电源与L6234驱动芯片的VS引脚电连接，所述第一二极管的第一端与所述12V电源电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与所述L6234驱动芯片的VBOOT引脚电连接。具体的，所述第一二极管和第二二极管可以采用1N4148高速开关二极管，开关比较迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离。通过第一二极管和第二二极管，实现对电源高频信号的隔离。

进一步的，所述电机驱动电路还包括：第一电容C1、第二电容C2和接地端，所述第一电容C1与所述第二电容C2并联，所述第一电容C1的第一端与所述12V电源电连接，所述第一电容C1的第二端与所述接地端电连接；相应的，所述电机驱动电路还包括：第一电阻R1和第三电容C3，所述第一电阻R1的第一端与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第三电容C3的第一端电连接，所述第三电容C3的第一端与所述L6234驱动芯片的VCP针脚电连接。第一电阻R1和第三电容C3形成RC震荡电路。用于对VCP输入一定频率的电平信号第二电阻R2和第四电容C4，所述第四电容C4的第一端与所述第二二极管的第二端电连接，所述第四电容C4的第二端与所述第二电阻R2的第一端电连接，所述第二电阻R2的第一端与接地端电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述L6234驱动芯片的SENSE引脚电连接。向SENSE引脚输入规定频率的电平信号。并可通过通过第一二极管和第二二极管，实现对电源高频信号的隔离。进而实现输出频率可调的PMW控制信号的目的。

在本实施例中，由于电机驱动电源电压为12V，电机运转时还可能产生的较高电压反电势。为了提高系统运转时的可靠性，所述电机驱动电路还包括：光耦隔离电路，所述光耦隔离电路包括：HCPL063L芯片，所述HCPL063L芯片的输出端与所述L6234驱动芯片的输入端电连接，所述HCPL063L芯片的输入端与所述STM32F405处理器定时器接口电连接。所述HCPL063L芯片内含两路光耦，可承受高压的瞬态电压冲击，具有高达15MBd的转换速度。

所述光耦隔离电路还包括：5V电压源，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第三电阻R3的第一端与所述5V电压源电连接，所述第三电阻R3的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE1针脚电连接，所述第四电阻R4的第一端与所述5V电压源电连接，所述第四电阻R4的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE2针脚电连接，所述第五电阻R5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述HCPL063L芯片的INA针脚电连接,所述第六电阻R6的第一端与所述5V电压源电连接，所述第六电阻R6的第二端与所述HCPL063L芯片的INB针脚电连接。所述光耦隔离电路还包括：第五电容C5和接地端，所述第五电容C5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电容C5的第二端与所述接地端电连接。利用第五电阻R5和第六电阻R6配合第五电容C5，可以对输入的信号进行频率调整，满足HCPL063L芯片的需要。同时，利用第三电阻R3和第四电阻R4的分压作用，满足HCPL063L芯片ANODE针脚输入电压的需求。

由于每个旋翼需要对应一个电机，而每个电机的控制信号包括三路PWM信号和三路使能信号，共计6路，即需要一个L6234驱动芯片因此每个电机需要3个光耦芯片进行“强电”和“弱电”之间的隔离。即需要对应3个HCPL063L芯片。每个L6234驱动芯片用于驱动多数旋翼无人机中的一个旋翼。每个所述L6234驱动芯片对应三个HCPL063L芯片。

本实用新型所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，通过设置STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，并通过选择电路对STM32F405处理器模式进行切换。利用STM32F405处理器的处理能力，配合各种数据接口的高速数据传输能力，可以根据当前飞行姿态和航路计算每个旋翼的瞬时功率，并且通过对每个旋翼的电机驱动电路的优化，确保电机能够快速准确响应，能够满足多旋翼无人机多种设计要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述多旋翼无人机控制用驱动系统，包括：

STM32F405处理器、无线通信模块、遥控器、飞行姿态传感器、和电机驱动电路，所述STM32F405处理器的SPI接口与所述无线通信模块电连接，所述STM32F405处理器的定时器接口与所述电机驱动电路电连接，所述STM32F405处理器的UART接口与所述飞行姿态传感器电连接，所述STM32F405处理器的I2C接口与所述遥控器电连接，所述电机驱动电路，包括：L6234驱动芯片，所述L6234驱动芯片的IN1、IN2和IN3与STM32F405处理器的定时器接口电连接，所述L6234驱动芯片的OUT1、OUT2和OUT3与电机电连接，所述L6234驱动芯片的EN1、EN2和EN3与电机电连接。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于,所述电机驱动电路还包括：

光耦隔离电路，所述光耦隔离电路包括：HCPL063L芯片，所述HCPL063L芯片的输出端与所述L6234驱动芯片的输入端电连接，所述HCPL063L芯片的输入端与所述STM32F405处理器定时器接口电连接。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述电机驱动电路，还包括：12V电源、第一二极管和第二二极管，所述12V电源与L6234驱动芯片的VS引脚电连接，所述第一二极管的第一端与所述12V电源电连接，所述第一二极管的第二端与所述第二二极管的第一端电连接，所述第二二极管的第二端与所述L6234驱动芯片的VBOOT引脚电连接。

4.根据权利要求3所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述电机驱动电路还包括：第一电容C1、第二电容C2和接地端，所述第一电容C1与所述第二电容C2并联，所述第一电容C1的第一端与所述12V电源电连接，所述第一电容C1的第二端与所述接地端电连接；相应的，所述电机驱动电路还包括：第一电阻R1和第三电容C3，所述第一电阻R1的第一端与所述第一二极管的第二端电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第三电容C3的第一端电连接，所述第三电容C3的第一端与所述L6234驱动芯片的VCP针脚电连接。

5.根据权利要求4所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述电机驱动电路还包括：第二电阻R2和第四电容C4，所述第四电容C4的第一端与所述第二二极管的第二端电连接，所述第四电容C4的第二端与所述第二电阻R2的第一端电连接，所述第二电阻R2的第一端与接地端电连接，所述第二电阻R2的第二端与所述L6234驱动芯片的SENSE引脚电连接。

6.根据权利要求2所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述光耦隔离电路还包括：5V电压源，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，所述第三电阻R3的第一端与所述5V电压源电连接，所述第三电阻R3的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE1针脚电连接，所述第四电阻R4的第一端与所述5V电压源电连接，所述第四电阻R4的第二端与所述HCPL063L芯片的ANODE2针脚电连接，所述第五电阻R5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述HCPL063L芯片的INA针脚电连接,所述第六电阻R6的第一端与所述5V电压源电连接，所述第六电阻R6的第二端与所述HCPL063L芯片的INB针脚电连接。

7.根据权利要求6所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，所述光耦隔离电路还包括：第五电容C5和接地端，所述第五电容C5的第一端与所述5V电压源电连接，所述第五电容C5的第二端与所述接地端电连接。

8.根据权利要求1所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，每个L6234驱动芯片用于驱动多数旋翼无人机中的一个旋翼。

9.根据权利要求3所述的多旋翼无人机控制用驱动系统，其特征在于，每个所述L6234驱动芯片对应三个HCPL063L芯片。

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