一種飛行控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及遙控飛行控制領(lǐng)域，具體涉及一種帶有輔助飛行控制器的飛行控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，遙控飛行器在操作時必須相當(dāng)全神貫注，以四漿飛行器為例，主要的原因是由于飛行器飛行時機(jī)翼轉(zhuǎn)動除了提供飛行器的浮力之外，同時旋翼轉(zhuǎn)動除了提供飛行器的浮力之外，同時旋翼轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的作用力與反作用力都會影響飛行器的姿態(tài)與航向，而當(dāng)操作的場所位于戶外時，飛行器更會受到風(fēng)勢以及氣流等影響。因此飛行遙控器的操作人員得隨時專注于飛行器的姿態(tài)、航向、位置、高度等狀態(tài)，隨時進(jìn)行修正和穩(wěn)定控制飛行器。
[0003]飛行器操作人員往往需要經(jīng)過許多的時間與調(diào)試才能掌握與熟練各種飛行器的控制，使得遙控飛行器應(yīng)用于勘察、探索等工作始終難于達(dá)成。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型提出一種飛行控制器，在飛行器上裝設(shè)輔助飛行控制器，負(fù)責(zé)將陀螺儀與加速度計量測到的方向角(Yaw)、俯仰角(Pitch)、側(cè)滾角(Roll)信號經(jīng)過輔助飛行控制器后輸出脈沖寬度調(diào)變(PWM)信號至四組馬達(dá)，使飛行器能保持姿態(tài)穩(wěn)定與固定的航向。
[0005]本實用新型技術(shù)方案如下:
[0006]一種飛行控制器，包括單片機(jī)、螺旋槳馬達(dá)、輔助飛行控制器、電源模塊、無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊和PWM信號四通道輸出模塊；
[0007]輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0008]電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號四通道輸出模塊依次順序連接；陀螺儀、加速度計均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接；
[0009]電源模塊連接圖像傳感器；四通道輸出模塊連接飛行控制器的螺旋槳馬達(dá)的控制電路。
[0010]電源模塊包括為DC/DC雙路直流電源輸出模塊，包括半導(dǎo)體5V集成穩(wěn)壓IC和半導(dǎo)體3.3V集成穩(wěn)壓1C，分別輸出5V和3.3V電壓。
[0011]單片機(jī)為28Pin DIP封裝單片機(jī)。
[0012]螺旋槳馬達(dá)包括前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)。
[0013]前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)的控制電路分別連接PWM信號四通道輸出模塊的四個輸出通道。
[0014]所述單片機(jī)包括8MHz晶體振蕩器。
[0015]本實用新型飛行控制器的工作過程如下:飛行器開機(jī)后保持機(jī)身穩(wěn)定、水平，陀螺儀和加速度計記錄起始零點的狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)將即時接收遙控器發(fā)出的控制訊號，同時陀螺儀與加速度計信號實時輸入采集的數(shù)據(jù)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PI控制器，PI控制器控制飛行器與零點位置飛行參數(shù)相同。指的說明，本實用新型的控制過程均為PI控制器和單片機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)，PI控制器和單片機(jī)的控制方法沒有改進(jìn)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型包括以下有益效果:
[0017]本實用新型使飛行器得以應(yīng)用于勘察、檢測與監(jiān)控等場合。在飛行器上裝設(shè)輔助飛行控制器，負(fù)責(zé)將量測到陀螺儀與加速度計的數(shù)據(jù)經(jīng)過PI控制器輸出脈沖寬度調(diào)變(PWM)信號至四組馬達(dá)，使飛行器能保持姿態(tài)穩(wěn)定與固定的航向。
[0018]經(jīng)由輔助飛行控制器將飛行器飛行保持與零點位置參數(shù)相同，飛行器的操作人員不須再花費多余的精神在保持飛行器的穩(wěn)定上，僅需要將飛行器遙控至目標(biāo)物附近，再利用無線傳輸?shù)腃CD鏡頭將影像回傳至地面控制站，使工作人員得以觀察目標(biāo)的實際情形。
[0019]對于觀測、勘察人員不容易到達(dá)的目標(biāo)有非常大的幫助，有助于提升工作的效率，獲得更清晰的影像資料。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型一種飛行控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為四漿飛行器示意圖；
[0022]圖3為螺旋槳馬達(dá)驅(qū)動電路圖；
[0023]圖4為HT46R24核心電路圖；
[0024]圖5為陀螺儀電路；
[0025]圖6為TRW-24G無線模塊應(yīng)用電路圖；
[0026]圖7為加速度計應(yīng)用電路圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本實用新型的目的、技術(shù)方案、優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]以下將結(jié)合本實用新型的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本實用新型的一部分實例，并不是全部的實例，基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
[0029]四漿飛行器具有四組直流馬達(dá)作為上升的動力，其中兩組旋翼(螺旋槳)為順時針旋轉(zhuǎn)，另外兩組則為逆時針旋轉(zhuǎn)。目的是利用旋翼旋轉(zhuǎn)方向不同產(chǎn)生的反作用力相互相反抵消。飛行時航向與移動是利用各旋翼間轉(zhuǎn)速的差距造成浮力變化來達(dá)成。
[0030]如圖1所示，一種飛行控制器，包括單片機(jī)、螺旋槳馬達(dá)、輔助飛行控制器、電源模塊、無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊和PWM信號四通道輸出模塊；本實施例中單片機(jī)為HT46R24微控制器，采用28Pin DIP封裝，符合飛行控制器體積小、重量輕的要求，并采用5V供電，8MHz晶體振蕩器，使每個指令周期達(dá)到0.5微妙的運算速度，以達(dá)到飛行控制系統(tǒng)高頻率響應(yīng)的要求。其中陀螺儀與加速度計測量到的信號分別進(jìn)入HT46R24的PBO?PB3的10bitA/D轉(zhuǎn)換腳位(圖4電路圖)。圖3為螺旋槳馬達(dá)直流電路，其中Motor Front、Motor Rear、Motor Left、Motor Right 連接至 HT46R24 的 PAO ?PA3 輸出模式(OutputModor)輸出PWM信號，共有四組螺旋槳馬達(dá)控制電路。陀螺儀型號為ADRX300，負(fù)責(zé)探測Z軸方向角的單軸角速率陀螺儀，最大探測范圍為±300° /s，陀螺儀電路如圖5所示。
[0031]本實施例中無線接收模塊、無線發(fā)送模塊均為TRW-24G無線模塊，電路圖如圖6所不O
[0032]輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0033]電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號四通道輸出模塊依次順序連接；陀螺儀、加速度計均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接；
[0034]電源模塊連接圖像傳感器；四通道輸出模塊連接飛行控制器的螺旋槳馬達(dá)的控制電路。
[0035]電源模塊包括為DC/DC雙路直流電源輸出模塊，包括半導(dǎo)體5V集成穩(wěn)壓IC和半導(dǎo)體3.3V集成穩(wěn)壓1C，分別輸出5V和3.3V電壓。提供四漿飛行器的飛行控制器電路所需電源是由飛行器充電電池所供應(yīng)，飛行器充電電池為12伏特10安培小時；HT46R24與CXD鏡頭使用5V電源，通過半導(dǎo)體5V集成穩(wěn)壓IC提供5V電壓；陀螺儀、加速度計、RF模塊使用3.3V電壓，通過半導(dǎo)體3.3V集成穩(wěn)壓IC提供3.3V電壓。
[0036]螺旋槳馬達(dá)包括前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)，如圖2所示，其中箭頭方向為螺旋槳轉(zhuǎn)動方向。
[0037]前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)的控制電路分別連接PWM信號四通道輸出模塊的四個輸出通道。
[0038]本實施例加速度計為MMA7200Q三軸加速度計，如圖7所述為MMA7200Q三軸加速度計應(yīng)用電路圖，MMA7200Q傳感器具有高靈敏度的特性，使用其X、Y的分量變化來測量飛行器的水平姿態(tài)，其中X軸的分量來探測飛行器的俯仰角(Pitch)變化，而Y軸則是探測側(cè)滾角(Roll)的變化。
[0039]本實用新型飛行控制器的工作過程如下:飛行器開機(jī)后初始化中斷計時頻率與方向角(Yaw) ω、俯仰角(Pitch) Θ、側(cè)滾角(Roll) Φ的零點位置，即保持機(jī)身穩(wěn)定、水平，陀螺儀和加速度計記錄起始零點的狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)將即時接收遙控器發(fā)出的控制訊號，同時陀螺儀與加速度計信號實時輸入采集的數(shù)據(jù)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PI控制器，PI控制器控制飛行器與零點位置飛行參數(shù)相同。當(dāng)飛行器未接收到遙控器的控制信號時，控制器必須保持飛行器的姿態(tài)與航向穩(wěn)定，其中方向角(Yaw)ω是由陀螺儀負(fù)責(zé)探測，并由四組螺旋槳(旋翼)彼此的轉(zhuǎn)速比例控制方向角的實際角度。俯仰角(Pitch) Θ、側(cè)滾角(Roll)?利用加速度計的X與Y分量來探測，其中俯仰角的控制通過單片機(jī)控制四楽飛行器中的前螺旋槳馬達(dá)(Motor Front)與后螺旋槳馬達(dá)(MotorRear)間轉(zhuǎn)速比例，側(cè)滾角通過控制左螺旋槳馬達(dá)(Motor Left)與右螺旋槳馬達(dá)(MotorRight)控制，如圖2所示。指的說明，本實用新型的控制過程均為PI控制器和單片機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)，PI控制器和單片機(jī)的控制方法沒有改進(jìn)。
[0040]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種飛行控制器，包括單片機(jī)和螺旋槳馬達(dá)，其特征在于，還包括輔助飛行控制器、電源模塊、無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊和PWM信號四通道輸出模塊； 所述輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換器； 所述電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號四通道輸出模塊依次順序連接；所述陀螺儀、加速度計均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，所述無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接； 所述電源模塊連接圖像傳感器； 所述四通道輸出模塊連接飛行控制器的螺旋槳馬達(dá)的控制電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行控制器，其特征在于， 所述電源模塊包括為DC/DC雙路直流電源輸出模塊，包括半導(dǎo)體5V集成穩(wěn)壓IC和半導(dǎo)體3.3V集成穩(wěn)壓1C，分別輸出5V和3.3V電壓。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行控制器，其特征在于， 所述單片機(jī)為28Pin DIP封裝單片機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行控制器，其特征在于， 所述螺旋槳馬達(dá)包括前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種飛行控制器，其特征在于， 所述前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)的控制電路分別連接PWM信號四通道輸出模塊的四個輸出通道。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種飛行控制器，其特征在于，所述單片機(jī)包括8MHz晶體振蕩器。
【專利摘要】本實用新型公開了一種飛行控制器，包括單片機(jī)、螺旋槳馬達(dá)、輔助飛行控制器、電源模塊、無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊和PWM信號四通道輸出模塊；輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號四通道輸出模塊依次順序連接；陀螺儀、加速度計均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，無線接收模塊、圖像傳感器、無線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接；電源模塊連接圖像傳感器；四通道輸出模塊連接飛行控制器的螺旋槳馬達(dá)的控制電路。本實用新型使飛行器得以應(yīng)用于勘察、檢測與監(jiān)控等場合，在飛行器上裝設(shè)輔助飛行控制器，使飛行器能保持姿態(tài)穩(wěn)定與固定的航向。
【IPC分類】G05D1/10
【公開號】CN204719543
【申請?zhí)枴緾N201520138269
【發(fā)明人】劉訓(xùn)非, 祝清蘭, 凌璟
【申請人】蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年3月11日