本實用新型屬于飛行器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種飛行控制系統(tǒng)及具有該飛行控制系統(tǒng)的飛行器。

背景技術(shù)：

無人飛行器，簡稱無人機，是一種處在迅速發(fā)展中的飛行裝置，其具有機動靈活、反應(yīng)快速、無人飛行、操作要求低等優(yōu)點。無人機通過搭載多種傳感器，可以實現(xiàn)影像實時傳輸、高危地區(qū)探測功能，是衛(wèi)星遙感與傳統(tǒng)航空遙感的有力補充。目前，無人機的使用范圍已經(jīng)擴展到軍事、科研和民用三大領(lǐng)域，具體在電力、通信、氣象、農(nóng)業(yè)、海洋、勘探、攝影、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)作物估產(chǎn)、緝毒緝私、邊境巡邏、治安反恐等領(lǐng)域應(yīng)用甚廣。

飛行控制系統(tǒng)是飛行器的核心，負責整個飛行器的控制。但是，現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng)普遍存在如下缺點：1、數(shù)據(jù)處理能力弱，導致其不能快速地處理復雜的數(shù)據(jù)，從而影響飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和處理能力。2、各個模塊都是分散的，集成度低，體積龐大，增大了飛行器的體積和重量，不利于飛行器的飛行和小型化。3、對外界的感知能力弱，對感知信息的處理能力弱，不能很好地實現(xiàn)各種控制功能。4、通信方式單一，當該通信方式出現(xiàn)故障或信號較弱時，無人機失去控制，容易導致墜毀等問題，給無人機的安全帶來很大的危害。

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，迫切需要一種新型的飛行控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種飛行控制系統(tǒng)，以解決目前飛行控制系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)處理能力弱，集成度低、體積大，對外界環(huán)境感知能力弱等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：

一種飛行控制系統(tǒng)，其包括控制器模塊以及與其通信的慣性測試單元模塊、GPS模塊、電子調(diào)速器模塊、視覺處理模塊、光流蔽障處理模塊和云臺模塊，其特征在于，所述控制器模塊用于完成飛行數(shù)據(jù)解析處理和通信控制處理；所述慣性測試單元模塊用于實時采集飛行器的姿態(tài)、高度和加速度信息并與所述控制器模塊之間進行實時交流，以對飛行器的姿態(tài)進行控制；所述GPS模塊用于提供地理信息；所述電子調(diào)速器模塊用于對所述控制器模塊傳來的數(shù)據(jù)進行解析處理并輸出控制電機的信號；所述視覺處理模塊用于將圖像處理成有效信息后與所述控制器模塊之間進行數(shù)據(jù)交流；所述光流蔽障處理模塊用于采集和處理地面高度和位置信息并上傳給所述控制器模塊；所述云臺模塊用于與所述控制器模塊之間進行實時通訊，實現(xiàn)對云臺的實時控制與監(jiān)測，完成對云臺的各種操作。

其中，所述飛行控制系統(tǒng)進一步包括系統(tǒng)電源管理模塊，所述系統(tǒng)電源管理模塊用于為飛行控制系統(tǒng)的各個模塊供電，所述系統(tǒng)電源管理模塊采用多路獨立電源供電，以減小各個模塊之間的電源干擾，并且，所述系統(tǒng)電源管理模塊采用DC-DC降壓加LDO線性穩(wěn)壓供電，以降低供電電源的紋波，提高飛行控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

進一步地，其中，所述飛行控制系統(tǒng)進一步包括電池管理系統(tǒng)模塊，所述電池管理系統(tǒng)模塊用于采集電源的電壓、電流和電量信息，并與所述控制器模塊進行數(shù)據(jù)交流。

更進一步地，其中，所述控制器模塊采用雙核結(jié)構(gòu)，包括一個主控制器單元和一個從控制器單元，所述從控制器單元用于實現(xiàn)對所述電子調(diào)速器模塊的外設(shè)操控，減輕所述主控制器單元的工作壓力；所述主控制器單元用高速工作主頻實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的融合處理，所述主控制器單元擁有多種通信接口，實現(xiàn)各種模塊的方便接入。

再進一步地，其中，所述多種通信接口包括UART，SPI，USB，I2C和CAN。

此外，所述控制器模塊帶有存儲設(shè)備，所述存儲設(shè)備用于實現(xiàn)飛行器飛行數(shù)據(jù)的實時存儲。

進一步地，其中，所述慣性測試單元模塊設(shè)置有減震機構(gòu)，所述減震機構(gòu)能有限地削弱飛行過程中的高頻振動分量，提高飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

更進一步地，其中，所述GPS模塊采用雙模高精度的GPS定位模塊，其接受靈敏度高，定位精確，所述GPS模塊采用獨立的模塊存在，并且，所述GPS模塊外部加抗干擾信號屏蔽機構(gòu)，提高所述GPS模塊的接收靈敏度與抗干擾能力。

再進一步地，其中，所述電子調(diào)速器模塊的控制器與驅(qū)動器集成在一起，所述電子調(diào)速器模塊的控制方式為磁場定向控制，并且，所述電子調(diào)速器模塊包括多個電子調(diào)速器，所述多個電子調(diào)速器分別控制一個電機，同時，所述多個電子調(diào)速器集成于同一塊PCB板上，集成度高。

最后，本實用新型還提供一種飛行器，其特征在于，具有上述的飛行控制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有的飛行控制系統(tǒng)相比，本實用新型的飛行控制系統(tǒng)具有如下有益技術(shù)效果：

1、本實用新型的飛行控制系統(tǒng)的控制器模塊為雙核結(jié)構(gòu)，其能實現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)處理能力，便于實現(xiàn)飛行器的控制。

2、本實用新型的飛行控制系統(tǒng)的各個模塊的集成度更高，占用空間小，能實現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)的小型化，適于無人機上使用。

3、其具有強大的外界感知能力和對外界感知信息的處理能力，因此，能通過對外界的感知而控制飛行器執(zhí)行相應(yīng)的處理動作。

附圖說明

圖1是本實用新型的飛行控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明，實施例的內(nèi)容不作為對本實用新型的保護范圍的限制。

圖1示出了本實用新型的飛行控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。如圖1所示，本實用新型的飛行控制系統(tǒng)包括控制器模塊(MCU模塊)以及與其通信的慣性測試單元模塊(IMU模塊)、GPS模塊、電子調(diào)速器模塊(ESC模塊)、視覺處理模塊、光流蔽障處理模塊和云臺模塊。

所述控制器模塊(MCU模塊)用于完成飛行數(shù)據(jù)解析處理和通信控制處理。在本實用新型中，所述控制器模塊采用雙核結(jié)構(gòu)，包括一個主控制器單元和一個從控制器單元。其中，所述從控制器單元用于實現(xiàn)對所述電子調(diào)速器模塊的外設(shè)操控，減輕所述主控制器單元的工作壓力。所述主控制器單元用高速工作主頻實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的融合處理，也就是實現(xiàn)從其它模塊獲得的數(shù)據(jù)的融合處理。由于采用雙核結(jié)構(gòu)，其能實現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)處理能力，便于實現(xiàn)飛行器的控制。

并且，在本實用新型中，所述主控制器單元擁有多種通信接口，實現(xiàn)各種模塊的方便接入，且具有更好的兼容性。優(yōu)選地，所述多種通信接口包括UART，SPI，USB，I2C和CAN等。由于具有不同種類的多種通信結(jié)構(gòu)，這樣，各種模塊，例如視覺處理模塊、云臺模塊等無論具有哪種類型的通信接口，都能夠與所述MCU模塊通信連接，使得所述MCU模塊的兼容性大大提高。

此外，在本實用新型中，所述控制器模塊帶有存儲設(shè)備。所述存儲設(shè)備用于實現(xiàn)飛行器飛行數(shù)據(jù)的實時存儲。這樣，有助于飛行數(shù)據(jù)的實時存儲，便于掌控各種飛行數(shù)據(jù)，即為飛行器的下次飛行提供參考，也有助于后續(xù)的研發(fā)。

所述慣性測試單元模塊用于實時采集飛行器的姿態(tài)、高度和加速度等信息并與所述控制器模塊之間進行實時交流，以對飛行器的姿態(tài)進行控制。也就是，所述慣性測試單元模塊將實時采集到的飛行器的姿態(tài)、高度和加速度等信息傳輸給所述控制器模塊，由所述控制器模塊進行數(shù)據(jù)解析處理后發(fā)出控制命令，從而實現(xiàn)對飛行器的姿態(tài)的控制。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述慣性測試單元模塊設(shè)置有減震機構(gòu)。所述減震機構(gòu)能有效地削弱飛行過程中的高頻振動分量，提高飛行控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述GPS模塊用于提供地理信息，從而實現(xiàn)定位。也就是，所述GPS模塊用于獲取地理信息并將所獲取的地理信息傳輸給所述MCU模塊，由所述MCU模塊根據(jù)定位情況進行合適的控制。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述GPS模塊采用雙模高精度的GPS定位模塊，從而使得其接收靈敏度高，定位精確。更優(yōu)選地，所述GPS模塊采用獨立的模塊存在。最優(yōu)選地，所述GPS模塊外部加抗干擾信號屏蔽機構(gòu)。這樣，能夠提高所述GPS模塊的接受靈敏度與抗干擾能力，從而提供更準確的地理信息，實現(xiàn)更準確的定位。

所述電子調(diào)速器模塊用于對所述控制器模塊傳來的數(shù)據(jù)進行解析處理并輸出控制電機的信號。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述電子調(diào)速器模塊采用高集成的控制方案，也就是，其控制器與驅(qū)動器集成在一起，從而能夠簡化系統(tǒng)，調(diào)高可靠性。更優(yōu)選地，所述電子調(diào)速器模塊采用FOC控制方案，也就是，其控制方式為磁場定向控制，從而能夠提高電機的控制效率和穩(wěn)定性

而且，在本實用新型中，所述電子調(diào)速器模塊包括多個電子調(diào)速器，例如，圖1中的四個電子調(diào)速器。所述多個電子調(diào)速器分別控制一個電機。優(yōu)選地，所述多個電子調(diào)速器集成于同一塊PCB板上。這樣，其集成度高，體積小。

所述視覺處理模塊用于將圖像處理成有效信息后與所述控制器模塊之間進行數(shù)據(jù)交流。也就是，所述視覺處理模塊能夠?qū)ν饨绺兄O(shè)備，例如攝像頭、相機等獲得的圖像進行處理，將對外界物體的感知量化成有效信息。同時，將所述有效信息傳輸給所述MCU模塊。所述MCU模塊獲取所述視覺處理模塊發(fā)送的有效信息后，執(zhí)行相應(yīng)的動作，實現(xiàn)智能操控。

所述光流蔽障處理模塊用于采集和處理地面高度和位置等信息并將所采集和處理后的地面高度和位置等信息上傳給所述控制器模塊。所述MCU模塊獲取所述地面高度和位置等信息之后，建立三維空間模型，并執(zhí)行相關(guān)的動作，實現(xiàn)飛行器對地面的高精度定位。

所述云臺模塊用于與所述控制器模塊之間進行實時通訊。這樣，所述云臺模塊能夠依據(jù)所述控制器模塊的指令實現(xiàn)對云臺的實時控制與監(jiān)測，完成對云臺的各種操作。

此外，在本實用新型中，所述飛行控制系統(tǒng)進一步包括系統(tǒng)電源管理模塊。所述系統(tǒng)電源管理模塊用于為飛行控制系統(tǒng)的各個模塊供電。

在本實用新型中，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)電源管理模塊采用多路獨立電源供電。這樣，能夠以減小各個模塊之間的電源干擾，使得供電更穩(wěn)定。更優(yōu)選地，所述系統(tǒng)電源管理模塊采用DC-DC降壓加LDO線性穩(wěn)壓供電。這樣，能夠降低供電電源的紋波，提高飛行控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

同時，在本實用新型中，所述飛行控制系統(tǒng)可以進一步包括電池管理系統(tǒng)模塊(BMS模塊)。所述電池管理系統(tǒng)模塊(BMS模塊)用于采集電源的電壓、電流和電量等信息，實現(xiàn)對電源的電壓、電流和電量等信息的實時監(jiān)控，并與所述控制器模塊進行數(shù)據(jù)交流。所述控制器模塊獲取所述電池管理系統(tǒng)模塊的上傳信息，也就是電源的電壓、電流和電量等，并進行邏輯判斷，依據(jù)邏輯判斷結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的動作，實現(xiàn)對電源的優(yōu)化操控。

而且，在本實用新型中，所述飛行控制系統(tǒng)進一步包括WiFi通信模塊。所述WiFi通信模塊用于實現(xiàn)地面和飛行器之間的通信，從而實現(xiàn)圖像與控制信號的實時交流。優(yōu)選地，所述飛行控制系統(tǒng)進一步包括4G通信模塊。所述4G通信模塊用于實現(xiàn)地面和飛行器之間的通信，實現(xiàn)超遠距離控制。

在本實用新型中，為了便于實現(xiàn)兩種通信方式的切換，使得控制終端優(yōu)先采用所述Wifi通信模塊與飛行控制系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)連接；當所述Wifi通信模塊的信號強度小于預(yù)設(shè)閾值時，啟用所述4G通信模塊與無飛行控制系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)連接。

本實用新型通過在飛行控制系統(tǒng)上設(shè)置4G通信模塊和Wifi通信模塊，并對通信方式的選擇優(yōu)先級進行設(shè)置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中飛行控制系統(tǒng)通信方式單一的問題，實現(xiàn)了飛行控制系統(tǒng)與控制終端的多種通信方式連接，在不同距離、不同環(huán)境可自由切換通信方式，有效保障了飛行控制系統(tǒng)與控制終端的通信穩(wěn)定性和可靠性。

最后，本實用新型提供一種飛行器。所述飛行器具有前述的飛行控制系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述飛行器為無人機。

本實用新型的飛行控制系統(tǒng)能實現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)處理能力，集成度高，占用空間小，能實現(xiàn)對外界的感知，并進行相關(guān)處理后執(zhí)行相應(yīng)的處理動作。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。