一種多功能小型四旋翼飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種多功能小型四旋翼飛行器，涉及傳感器檢測(cè)技術(shù)、數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制理論、導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)線傳輸和計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，無(wú)人飛行器越來(lái)越受到人們的青睞。無(wú)人飛行器和載人飛行器相比具有體積更小，機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，飛行能力更卓越等特點(diǎn)，并且適用于多種惡劣環(huán)境，最重要的是避免了駕駛員在危險(xiǎn)環(huán)境下的操作，因此它在軍事上和商業(yè)上都具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]無(wú)人飛行器通常是指無(wú)人駕駛并且可以自主飛行的飛行器。無(wú)人飛行器可以分為旋翼無(wú)人飛行器和固定翼無(wú)人飛行器兩種。固定翼無(wú)人飛行器出現(xiàn)的時(shí)間較早，并且技術(shù)相當(dāng)成熟，但對(duì)場(chǎng)地等條件要求很苛刻，而旋翼無(wú)人飛行器因其體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)了固定翼的缺陷。四旋翼飛行器屬于旋翼無(wú)人飛行器中的一種，它可以在場(chǎng)地受限的情況下垂直起降。四旋翼飛行器主要利用四個(gè)獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)并且充分利用了正反槳抵消了反扭力矩，通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，從而實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的上升、盤(pán)旋或者降落等動(dòng)作。相對(duì)于傳統(tǒng)的旋翼式飛行器而言，四旋翼飛行器具有更為緊密的結(jié)構(gòu)，能夠提供的升力也更大。隨著微米科技以及各種傳感器(如MEMS)的升級(jí)和小型化，四旋翼飛行器也越來(lái)越小型化和實(shí)用化，其蘊(yùn)含的價(jià)值也越發(fā)突顯出來(lái)。
[0004]當(dāng)前，四旋翼飛行器依然存在很多關(guān)鍵技術(shù)和科研難題需要解決，其中有些問(wèn)題以現(xiàn)有的條件可能都難以解決。因此，如何能夠設(shè)計(jì)出滿足四旋翼飛行器飛行要求并且具有良好穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，是當(dāng)今控制領(lǐng)域面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。四旋翼飛行器特別適合在近地面環(huán)境中飛行，這種旋翼飛行器可以攜帶攝像機(jī)、測(cè)繪儀器等，在特殊的環(huán)境下進(jìn)行監(jiān)視、偵查等任務(wù)。獨(dú)特的外形，簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，低廉的成本已經(jīng)使四旋翼飛行器成為為新的研宄熱點(diǎn)。四旋翼飛行器的研宄領(lǐng)域十分廣闊，本發(fā)明將設(shè)計(jì)出滿足四旋翼飛行器飛行要求并且具有良好穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，結(jié)合GPS定位及導(dǎo)航、航向控制、氣壓檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、航拍、無(wú)線通訊功能實(shí)現(xiàn)一種多功能小型四旋翼飛行器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了實(shí)現(xiàn)校園航拍、農(nóng)田偵查、自然災(zāi)害搜救、GPS定位、氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)多種功能集一體的系統(tǒng)，本發(fā)明提出一種多功能小型四旋翼飛行器。
[0006]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)電量檢測(cè)功能，通過(guò)STM32處理器自帶的AD采集功能，采集電源電壓雖小十倍后的電壓，在經(jīng)程序放大十倍還原與四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速結(jié)合得到電池實(shí)際電量，在電量不足時(shí)自動(dòng)平穩(wěn)降落。
[0007]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)GPS定位功能，通過(guò)STM32處理器自帶的UART串口資源實(shí)時(shí)與GPS傳感器通訊，得到坐標(biāo)數(shù)據(jù)，發(fā)送給地面遙控部分，得到實(shí)時(shí)的位置信息。
[0008]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)氣壓測(cè)量功能，通過(guò)STM32處理器通過(guò)IIC協(xié)議實(shí)時(shí)讀取BMP08氣壓傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成氣壓。
[0009]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)溫濕度檢測(cè)功能，通過(guò)STM32處理器讀取DS18B20溫度傳感器和DHTll濕度傳感器的數(shù)據(jù)，將讀到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度和濕度。
[0010]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)視頻采集功能，通過(guò)STM32處理器讀取0V7670攝像頭數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)返回地面遙控部分，地面遙控部分講視頻信息顯示在彩屏上。
[0011]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊功能，飛行器和地面遙控部分的主控板均使用2.4G主從一體無(wú)線收發(fā)模塊，通過(guò)STM32處理器自帶的SPI協(xié)議與NRF24L01進(jìn)行通訊，地面遙控部分定義為主機(jī)，飛行器部分定義為從機(jī)。
[0012]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)遙控功能，用于發(fā)送指令給四旋翼飛行器以及接收飛行器返回的信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]圖1是四旋翼飛行器主控部分的設(shè)計(jì)框圖。
[0015]圖2是四旋翼飛行器設(shè)計(jì)總體功能原理框圖。
[0016]圖3是四旋翼飛行器電源管理部分的電路圖。
[0017]圖4是四旋翼飛行器四路電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的電路圖。
[0018]圖5是四旋翼飛行器姿態(tài)檢測(cè)電路圖。
[0019]圖6是四旋翼飛行器航向檢測(cè)電路圖。
[0020]圖7是四旋翼飛行器參數(shù)存儲(chǔ)電路圖。
[0021]圖8是四旋翼飛行器藍(lán)牙接口、氣壓傳感器接口、陀螺儀接口、地磁傳感器接口、GPS傳感器接口、人機(jī)界面接口、無(wú)線通訊接口的電路。
[0022]圖9是四旋翼飛行器主控單片機(jī)STM32的系統(tǒng)電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖3、4、5、6所示為本實(shí)用新型的核心電路原理圖?？勺鳛榫唧w實(shí)施使用。主要顯示的是我們要用到的一些元器件的電路圖。
[0024]如圖1所示為我們的主控部分的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)STM32ZET6處理器與各傳感器之間通訊，應(yīng)用卡爾曼濾波、四元數(shù)等算法對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理得到精確的飛行姿態(tài)，并控制其能在一個(gè)三維空間內(nèi)穩(wěn)定起降、懸停、方位運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圖2的GPS定位、航向檢測(cè)及控制、氣壓檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、圖像采集、無(wú)線通訊、數(shù)據(jù)存數(shù)功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多功能小型四旋翼飛行器，包括飛行姿態(tài)檢測(cè)部分、飛行姿態(tài)自動(dòng)控制部分、電量檢測(cè)部分、GPS定位部分、航向檢測(cè)部分、氣壓檢測(cè)部分、溫濕度檢測(cè)部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、攝像頭圖像視頻采集部分、無(wú)線通訊部分、地面遙控面板部分，其特征是，由飛行姿態(tài)檢測(cè)部分、航向檢測(cè)部分、氣壓檢測(cè)部分、GPS定位部分獲取姿態(tài)經(jīng)單片機(jī)處理后輸出給飛行姿態(tài)自動(dòng)控制部分已達(dá)到預(yù)期的飛行狀態(tài)，單片機(jī)采集溫濕度檢測(cè)部分信號(hào)、將參數(shù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分、單片機(jī)讀取攝像頭圖像視頻采集部分，無(wú)線通訊部分與地面遙控面板部分雙向傳輸信息，可實(shí)現(xiàn)校園航拍、農(nóng)田偵查、自然災(zāi)害搜救、GPS定位、氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，電量檢測(cè)部分可檢測(cè)供電電池的剩余電量，在電量不足時(shí)自動(dòng)平穩(wěn)降落。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，GPS定位部分可獲取四旋翼飛行器當(dāng)前的位置，可應(yīng)用于自然災(zāi)害搜救。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，氣壓檢測(cè)部分選用BMP08氣壓傳感器檢測(cè)飛行器所在位置的氣壓，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，可應(yīng)用于海拔較高的環(huán)境。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，溫濕度檢測(cè)部分選用DS18B20溫度傳感器和DHTll濕度傳感器檢測(cè)飛行器所在位置的溫度、濕度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，攝像頭圖像視頻采集部分選用0V7670攝像頭采集視頻信息，實(shí)現(xiàn)航拍功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，無(wú)線通訊部分選用2.4G主從一體無(wú)線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)飛行器與地面裝置的信息傳輸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能小型四旋翼飛行器，其特征是，地面遙控面板部分用于發(fā)送指令給四旋翼飛行器以及接收飛行器返回的信息。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于STM32ZET6處理器實(shí)現(xiàn)GPS定位、航向檢測(cè)及控制、氣壓檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、圖像采集、無(wú)線通訊、數(shù)據(jù)存數(shù)功能的多功能小型四旋翼飛行器，包括一個(gè)單片機(jī)控制器、四個(gè)無(wú)刷電機(jī)、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、溫濕度傳感器、GPS模塊、氣壓傳感器、磁場(chǎng)傳感器和液晶顯示。我們?cè)O(shè)計(jì)的小型四旋翼飛行器可實(shí)現(xiàn)農(nóng)田的大面積溫濕度測(cè)量、氣壓測(cè)量，也可實(shí)現(xiàn)校園、農(nóng)田航拍，利用磁場(chǎng)傳感器及GPS亦可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的功能。
【IPC分類】B64C27-02, G05D1-08, G05D1-10
【公開(kāi)號(hào)】CN204613745
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520028807
【發(fā)明人】李劍飛, 黃總謀, 任軼佐
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日