本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)人機(jī)的磁傳感器模塊及其校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，農(nóng)業(yè)植保機(jī)逐步普及，但因成本所限，機(jī)載地磁傳感器的性能較差，尤其是地磁傳感器的零偏啟動(dòng)重復(fù)性差和溫度穩(wěn)定性不佳。為保證安全飛行，一般需要在無(wú)人機(jī)更換電池、斷電上電或環(huán)境變化后，進(jìn)行磁校準(zhǔn)工作。

現(xiàn)有無(wú)人機(jī)包括微小型航拍無(wú)人機(jī)和農(nóng)業(yè)值保機(jī)上的磁傳感器的傳統(tǒng)校準(zhǔn)需要將整機(jī)沿水平方向和垂直方向至少各旋轉(zhuǎn)一周。但農(nóng)業(yè)植保機(jī)體積大、載荷重，少則十幾公斤多則幾十公斤，難以像輕便的航拍無(wú)人機(jī)進(jìn)行磁校準(zhǔn)操作，個(gè)人很難單獨(dú)完成校準(zhǔn)工作，至少需要兩人協(xié)作完成，過(guò)程繁瑣降低了用戶體驗(yàn)。為簡(jiǎn)化磁校準(zhǔn)方法，需要優(yōu)化改進(jìn)磁傳感器校準(zhǔn)過(guò)程，基于此需要設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)易的可拆卸式的磁傳感器模塊及其相應(yīng)的校準(zhǔn)步驟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可拆卸式磁傳感器裝置及其應(yīng)用于無(wú)人機(jī)時(shí)的校準(zhǔn)方法，它彌補(bǔ)了上述缺陷，用戶每次使用前取下可拆卸式磁傳感器模塊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)即可，操作方便快捷；此外，如果磁傳感器出現(xiàn)故障，更換部件進(jìn)行維修也極為方便，提升了設(shè)備的可靠性和操作效率。具體如下：

一種磁傳感器模塊，包括磁傳感器、處理器、供電裝置、指示燈、開(kāi)關(guān)、通信供電接口；

所述處理器用于采集磁傳感器上的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算磁校準(zhǔn)和補(bǔ)償參數(shù)、完成與飛行控制模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并控制磁傳感器模塊校準(zhǔn)指示燈的指示狀態(tài)；

所述供電裝置用于為磁傳感器模塊供電；

所述指示燈用于指示磁傳感器模塊電源的工作狀態(tài)；

所述開(kāi)關(guān)用于控制供電裝置中電源的通斷；

所述通信供電接口用于磁傳感器模塊與飛行控制模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及對(duì)磁傳感器模塊進(jìn)行供電。

進(jìn)一步地，所述磁傳感器模塊與飛行器控制模塊通過(guò)插接件進(jìn)行連接，該連接方式是可拆卸的連接。

進(jìn)一步地，所述供電裝置為可充電鋰電池，包括充電管理芯片和防反接電路。

本發(fā)明還提供一種包含上述磁傳感器模塊的無(wú)人機(jī)的校準(zhǔn)方法，，所述方法包括如下步驟：

1)無(wú)人機(jī)組裝完成后，首先對(duì)磁傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)；

2)將磁傳感器模塊裝載在無(wú)人機(jī)上；

3)待飛行控制模塊上電后，調(diào)整無(wú)人機(jī)進(jìn)入飛控工作模式，并進(jìn)行磁校準(zhǔn)。

進(jìn)一步地，所述的首先對(duì)磁傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)包括如下步驟：

1)將磁傳感器模塊置于空曠無(wú)磁干擾的場(chǎng)地上，打開(kāi)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)磁傳感器校準(zhǔn)程序；

2)觀察指示燈狀態(tài)，當(dāng)指示燈提示用戶開(kāi)始磁校準(zhǔn)時(shí)，用戶拿著磁傳感器模塊正面朝上，水平旋轉(zhuǎn)一到兩圈，待指示燈提示水平旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)成功后，繼續(xù)將磁傳感器模塊翻轉(zhuǎn)90度，使其水平軸豎直向下指向地面，繞所述水平軸旋轉(zhuǎn)磁傳感器模塊一圈到兩圈直至指示燈提示磁校準(zhǔn)過(guò)程完成，磁傳感器誤差校準(zhǔn)參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)到處理器中；

3)將所述磁傳感器模塊連接到無(wú)人機(jī)的飛行控制模塊上。

更進(jìn)一步地，所述的水平軸為X軸或Y軸。

進(jìn)一步地，所述的調(diào)整無(wú)人機(jī)進(jìn)入飛控模式，并進(jìn)行磁校準(zhǔn)是通過(guò)遠(yuǎn)程遙控方式進(jìn)行控制的。

進(jìn)一步地，無(wú)人機(jī)更換電池或環(huán)境變化后可僅對(duì)磁傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)需對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行整機(jī)校準(zhǔn)。

本發(fā)明涉及的帶有上述磁傳感器模塊的無(wú)人機(jī)為農(nóng)業(yè)植保無(wú)人機(jī)。

綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N可拆卸式的磁傳感器模塊及包含該模塊的無(wú)人機(jī)的校準(zhǔn)方法，通過(guò)將磁傳感器模塊與飛行控制器分開(kāi)獨(dú)立設(shè)計(jì)，節(jié)省了無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)的時(shí)間，提高了校準(zhǔn)的便利性，特別是在農(nóng)業(yè)植保等行業(yè)有很高的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，所附附圖僅用于說(shuō)明和闡述，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。

圖1是現(xiàn)有的磁傳感器與飛行控制模塊的連接結(jié)構(gòu)。

圖2是本發(fā)明的可拆卸式的磁傳感器模塊與飛行控制模塊的連接結(jié)構(gòu)。

圖3為本發(fā)明的帶有磁傳感器模塊的無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)方法。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本發(fā)明的限定。

通常帶有測(cè)量誤差的磁傳感器測(cè)量輸出的基本模型如式(1)所示：

B_out＝KB_t+B₀ (1)

上式中，等式左邊一項(xiàng)為磁傳感器的輸出矢量包含沿x、y、z三軸分量；等式右邊矩陣其對(duì)角線元素為刻度因子誤差，非對(duì)角線元素為安裝誤差，主要是由于磁傳感器的三個(gè)軸沒(méi)有構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)正交而產(chǎn)生；為理想磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量，包含x、y、z三軸分量；為三軸零偏，即理想磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時(shí)傳感器的輸出。

通常磁傳感器的測(cè)量誤差受兩方面因素影響：一方面是磁傳感器安裝環(huán)境中的軟硬磁干擾誤差，另一方面是磁傳感器由于生產(chǎn)工藝等造成的自身傳感器誤差。這兩方面的因素均會(huì)導(dǎo)致式(1)中產(chǎn)生零偏B₀和刻度因子及安裝誤差陣K。磁傳感器安裝環(huán)境中的硬磁干擾誤差主要由磁傳感器附近的電磁裝置(如馬達(dá)、電機(jī)等)和電路元件(如電池、電線中直流電等)造成，其特點(diǎn)是只要磁傳感器與干擾源的安裝位置相對(duì)固定，其影響就不隨無(wú)人機(jī)的飛行環(huán)境和位置變化而發(fā)生變化。

硬磁干擾主要對(duì)式(1)中的零偏B₀產(chǎn)生影響，且磁傳感器安裝到無(wú)人機(jī)上后，經(jīng)一次校準(zhǔn)即可確定下來(lái)硬磁干擾造成的磁傳感器測(cè)量誤差，由硬磁干擾導(dǎo)致的磁傳感器誤差記為固定誤差δB_fixed。而磁傳感器的軟磁干擾會(huì)隨著實(shí)際無(wú)人機(jī)的飛行過(guò)程而不斷發(fā)生變化，很難在飛行前進(jìn)行離線校準(zhǔn)。另外一個(gè)磁傳感器自身誤差的影響因素導(dǎo)致的零偏B₀和刻度因子及安裝誤差陣K，由于啟動(dòng)重復(fù)性差以及溫度穩(wěn)定性差，因此需要在磁傳感器每次上電使用前均需進(jìn)行一次標(biāo)校工作。

本發(fā)明針對(duì)由磁傳感器測(cè)量誤差的影響因素的來(lái)源，提出一種將無(wú)人機(jī)磁傳感器誤差校準(zhǔn)參數(shù)分離的思想，將磁傳感器校準(zhǔn)誤差分為硬磁干擾造成的空間固定誤差δB_fixed和磁傳感器每次開(kāi)機(jī)使用前的時(shí)空變化誤差δB_var兩部分。因?yàn)榭臻g固定誤差δB_fixed主要由磁傳感器與飛機(jī)相對(duì)安裝位置決定，只要安裝位置固定就不發(fā)生變化，裝機(jī)后只需一次校準(zhǔn)就可以確定；而時(shí)空變化誤差δB_var需要在磁傳感器每次開(kāi)機(jī)使用前都要進(jìn)行校準(zhǔn)。基于此，本發(fā)明提出了一種將δB_fixed和δB_var兩種誤差分開(kāi)校準(zhǔn)的磁傳感器模塊集成及相關(guān)的無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)方法。

圖1為傳統(tǒng)的磁傳感器與飛行控制器連接的方式，兩者為一體結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)時(shí)只能整機(jī)進(jìn)行，對(duì)于像農(nóng)業(yè)植保機(jī)這樣的大型設(shè)備，載荷較大，校準(zhǔn)時(shí)至少需要兩人配合完成，很不方便。

針對(duì)上述問(wèn)題本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種可拆卸式的磁傳感器模塊，該一種磁傳感器模塊，包括磁傳感器、處理器、供電裝置、指示燈、開(kāi)關(guān)、通信供電接口；

其中，處理器用于采集磁傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算磁校準(zhǔn)和補(bǔ)償參數(shù)，完成與飛行控制模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并控制磁傳感器模塊校準(zhǔn)狀態(tài)指示燈的指示模態(tài)；

供電裝置用于為磁傳感器模塊供電；

指示燈用于指示磁傳感器模塊電源的工作狀態(tài)；

開(kāi)關(guān)用于控制供電裝置中電源的通斷；

通信供電接口用于磁傳感器模塊與飛行控制模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及對(duì)磁傳感器模塊進(jìn)行供電或充電。

磁傳感器模塊與飛行控制模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，為可拆卸式的連接方式，方便將磁傳感器模塊隨時(shí)取下單獨(dú)進(jìn)行校準(zhǔn)。

傳統(tǒng)的機(jī)載磁傳感器缺乏相應(yīng)的狀態(tài)指示燈、供電電池以及開(kāi)關(guān)按鈕等部件，無(wú)法在脫離飛控系統(tǒng)的情況下單獨(dú)對(duì)磁傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，而是需要通過(guò)傳送數(shù)據(jù)至其他模塊協(xié)同才能完成磁校準(zhǔn)工作，因此無(wú)法規(guī)避繁瑣的校準(zhǔn)流程；本發(fā)明的可拆卸式磁傳感器模塊，具備獨(dú)立的處理單元、狀態(tài)指示以及供電裝置，可以單獨(dú)完成磁傳感器的校準(zhǔn)工作，能夠有效地優(yōu)化現(xiàn)有的校準(zhǔn)過(guò)程。

本發(fā)明還提供了一種帶有可拆卸式磁傳感器模塊的無(wú)人機(jī)校準(zhǔn)方法，具體步驟如圖3所示，包括無(wú)人機(jī)首次進(jìn)行磁傳感器模塊安裝前對(duì)磁傳感器模塊的單獨(dú)校準(zhǔn)和安裝后對(duì)無(wú)人機(jī)整機(jī)校準(zhǔn)兩部分。

首先，單獨(dú)對(duì)可拆卸式磁傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)。將可拆卸式磁傳感器模塊拿到空曠無(wú)磁干擾場(chǎng)地，通過(guò)磁傳感器模塊上的開(kāi)關(guān)啟動(dòng)磁傳感器校準(zhǔn)程序，觀察指示燈狀態(tài)，當(dāng)指示燈提示用戶開(kāi)始磁校準(zhǔn)時(shí)，用戶拿著磁傳感器模塊正面朝上，水平旋轉(zhuǎn)一到兩圈，待指示燈提示水平旋轉(zhuǎn)校準(zhǔn)成功后，繼續(xù)將磁傳感器模塊翻轉(zhuǎn)90度，使其某一水平軸(X軸或Y軸)豎直向下指向地面，繞這一水平軸旋轉(zhuǎn)磁傳感器模塊一到兩圈直至指示燈提示磁校準(zhǔn)過(guò)程完成，此時(shí)磁傳感器誤差校準(zhǔn)參數(shù)存儲(chǔ)到處理器中。校準(zhǔn)完成后，不要關(guān)閉磁傳感器模塊開(kāi)關(guān)，直接將其連接到無(wú)人機(jī)上的飛行控制模塊上。

然后，將可拆卸式磁傳感器模塊安裝后進(jìn)行整機(jī)校準(zhǔn)。

待無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)上電后，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控端控制飛控工作模態(tài)進(jìn)入磁校準(zhǔn)模式，然后將無(wú)人機(jī)拿到空曠無(wú)磁干擾處，操作員手持無(wú)人機(jī)原地轉(zhuǎn)動(dòng)一到兩圈后，觀察遠(yuǎn)程遙控端是否提示水平校準(zhǔn)結(jié)束；待遠(yuǎn)程遙控端發(fā)出提示信息后，豎直翻轉(zhuǎn)無(wú)人機(jī)，操作員繼續(xù)原地轉(zhuǎn)動(dòng)一到兩圈，直至飛控系統(tǒng)指示燈提示磁校準(zhǔn)完畢。通過(guò)遠(yuǎn)程遙控端控制飛控存儲(chǔ)此時(shí)獲得的磁傳感器校準(zhǔn)誤差參數(shù)到飛控模塊內(nèi)部非易失性存儲(chǔ)器(如flash、FRAM等)。

當(dāng)無(wú)人機(jī)更換電池、斷電上電或環(huán)境變化后，單獨(dú)取下可拆卸式磁傳感器校準(zhǔn)模塊進(jìn)行獨(dú)立校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)束后直接插入無(wú)人機(jī)的飛控模塊，此時(shí)無(wú)人機(jī)就可以正常起飛。

本發(fā)明所述的無(wú)人機(jī)主要可用于無(wú)人機(jī)載重較大，整機(jī)校準(zhǔn)極不方便的農(nóng)業(yè)植保行業(yè)。

綜上所述，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N可拆卸式的磁傳感器模塊及其在無(wú)人機(jī)應(yīng)用中的校準(zhǔn)方法，該種與飛行控制模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可單獨(dú)進(jìn)行校準(zhǔn)，操作方便，而且節(jié)省了校準(zhǔn)時(shí)間，可以滿足無(wú)人機(jī)載荷較大的應(yīng)用場(chǎng)合。

通過(guò)說(shuō)明和附圖，給出了具體實(shí)施方式的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例，基于本發(fā)明精神，還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說(shuō)明后，各種變化和修正無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。因此，所附的權(quán)利要求書(shū)應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)任何和所有等價(jià)的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。