一種高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種微型無人機(jī)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航空電子是機(jī)載〃神經(jīng)系統(tǒng)〃，是實(shí)現(xiàn)微型無人機(jī)不可忽視的先進(jìn)技術(shù)。現(xiàn)有無人飛行器常見的平臺(tái)結(jié)構(gòu)是各類傳感器執(zhí)行器與微處理器連接，各種飛行器的姿態(tài)，電量飛行高度、速度等數(shù)據(jù)分別通過總線匯總到微處理器進(jìn)行計(jì)算，飛控程序算出執(zhí)行器如電機(jī)舵機(jī)需要的控制信號(hào)后通過總線傳遞到對(duì)應(yīng)的執(zhí)行器。對(duì)于普通尺寸的無人機(jī)，該方案因?yàn)轱w控的可編程特性具有較高的靈活性，然而對(duì)于微型無人機(jī)，傳統(tǒng)的板級(jí)設(shè)計(jì)具有體積和重量的劣勢(shì)，為了對(duì)應(yīng)任務(wù)具有高效性，勢(shì)必從芯片的層面就進(jìn)行高度的集成和系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)體積和性能的高度統(tǒng)一。
[0003]美國(guó)DARPA局在開始計(jì)劃微型無人機(jī)研究時(shí)，已經(jīng)初步考慮到利用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)對(duì)微型無人機(jī)的發(fā)展。由于微型無人機(jī)的質(zhì)量和體積受限，留給飛行器機(jī)電系統(tǒng)的總重量只有幾十克，顯然常規(guī)無人機(jī)或者微型無人機(jī)所使用的機(jī)電設(shè)備在微型無人機(jī)上已經(jīng)不適用了。機(jī)電器件的微型化發(fā)展趨勢(shì)為微型無人機(jī)的發(fā)展提供了可能。集成傳感器、運(yùn)算處理器和執(zhí)行器于單芯片的片上系統(tǒng)能夠大大提高微型無人機(jī)的智能化、系統(tǒng)集成度和穩(wěn)定性，是未來微型無人機(jī)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種高集成度、高穩(wěn)定性、低功耗、輕載荷的微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣構(gòu)成的:
[0006]一種高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)，包括主控芯片、MEMS三軸加速度傳感器、MEMS衛(wèi)星定位接收傳感器、CMOS圖像傳感器和無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片;所述的MEMS三軸加速度傳感器、MEMS衛(wèi)星定位接收傳感器和CMOS圖像傳感器的輸出端分別連接到主控芯片對(duì)應(yīng)的輸入接口，主控芯片的輸出連接無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。
[0007]所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端連接到無人機(jī)的舵機(jī)，控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng);所述的飛行器舵機(jī)帶有四個(gè)軸向的無刷電機(jī)。
[0008]主控芯片的輸出還連接地面機(jī)臺(tái)的圖像顯示裝置，主控芯片將所述CMOS圖像傳感器捕捉到的數(shù)據(jù)畫面通過圖像解算和圖像處理，得到目標(biāo)物體的位置和其他信息，經(jīng)通信系統(tǒng)將圖像傳輸?shù)降孛鏅C(jī)臺(tái)的圖像顯示裝置，實(shí)現(xiàn)飛行器的監(jiān)控功能。
[0009]所述主控芯片位于飛行器機(jī)身平臺(tái)中央;所述CMOS圖像傳感器位于飛行器機(jī)身平臺(tái)前側(cè);所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片位于飛行器機(jī)身平臺(tái)偏側(cè)臂處。
[0010]三軸加速度傳感器，衛(wèi)星定位接收傳感器，圖像傳感器，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以及主控芯片的裸片集成到同一封裝。
[0011]所述主控芯片采用TI芯片TMS320DM6467。
[0012]所述MEMS三軸加速度傳感器采用freescale公司的MMA7455芯片;所述MEMS衛(wèi)星定位傳感器采用STMicroeIectroniCs公司的Teseo III芯片；所述〔105圖像傳感器采用OmniVis1n公司的0V764芯片;所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片采用SANYO公司的LBl 1820M芯片。
[0013]本實(shí)用新型與現(xiàn)有的微型無人機(jī)相比，具有如下顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn):
[0014](I)集成度高。本實(shí)用新型所涉及的無人飛行系統(tǒng)采用片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)集成度高，比現(xiàn)有微型無人機(jī)更輕便。
[0015](2)穩(wěn)定性高。本實(shí)用新型所涉及的無人飛行系統(tǒng)集成度高，串?dāng)_小，穩(wěn)定性高。
[0016](3)功耗低。本實(shí)用新型所涉及的無人飛行系統(tǒng)針對(duì)功耗進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功耗大幅縮減。
[0017](4)載荷輕，噪聲小。本實(shí)用新型所涉及的無人飛行系統(tǒng)噪聲小，可用于隱蔽條件下的目標(biāo)檢測(cè)、車牌識(shí)別、行為識(shí)別等。
【附圖說明】
[0018]圖1是所述高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)框圖；
[0019]圖2是所述COMS圖像傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3是所述COMS圖像傳感器象敏單元；
[0021]圖4是所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片原理圖；
[0022]圖5是所述主控模塊框圖。
[0023]圖中:1、主控芯片，2、MEMS三軸加速度傳感器，3、MEMS衛(wèi)星定位接收傳感器，4、CMOS圖像傳感器，5、無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，6、圖像顯示裝置，7、舵機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1所示，一種高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)，包括主控芯片1、MEMS三軸加速度傳感器2、MEMS衛(wèi)星定位接收傳感器3、CM0S圖像傳感器4和無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5。所述的MEMS三軸加速度傳感器2、MEMS衛(wèi)星定位接收傳感器3和CMOS圖像傳感器4的輸出端分別連接到主控芯片I對(duì)應(yīng)的輸入接口，主控芯片I的輸出連接無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5及地面機(jī)臺(tái)的圖像顯示裝置。所述主控芯片I用于飛行控制和路徑導(dǎo)航的控制算法處理。所述MEMS三軸加速度傳感器2將信號(hào)傳遞到主控芯片I，為飛控系統(tǒng)提供姿態(tài)信息。所述MEMS衛(wèi)星定位傳感器3將信號(hào)傳遞到主控芯片I，為飛控系統(tǒng)提供位置信息和姿態(tài)信息，經(jīng)主控芯片I解算后，得到飛行器現(xiàn)在的飛行狀態(tài)。所述主控芯片I通過分析現(xiàn)在的飛行狀態(tài)，經(jīng)過飛控算法向所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5發(fā)出控制指令，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5的輸出端連接到舵機(jī)7，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5通過對(duì)輸入的速度控制信號(hào)和從反電動(dòng)勢(shì)獲取的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)進(jìn)行PID控制，得到多路P麗信號(hào)的輸出，通過功率MOS組成的3相的反相器實(shí)現(xiàn)對(duì)相電流的控制，即通過解算控制指令，控制舵機(jī)7的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的正常飛行。所述CMOS圖像傳感器4將信號(hào)傳遞到主控芯片I，為飛控系統(tǒng)提供地面和物體的數(shù)據(jù)信息;所述主控芯片I將所述CMOS圖像傳感器4捕捉到的數(shù)據(jù)畫面通過圖像解算和圖像處理，得到目標(biāo)物體的位置和其他信息，經(jīng)通信系統(tǒng)將圖像傳輸?shù)降孛鏅C(jī)臺(tái)的圖像顯示裝置6，實(shí)現(xiàn)飛行器的監(jiān)控功能。
[0025]所述主控芯片I位于飛行器機(jī)身平臺(tái)中央。所述CMOS圖像傳感器4位于飛行器機(jī)身平臺(tái)前側(cè)，用于探測(cè)和識(shí)別物體，傳輸無人機(jī)偵測(cè)到的地形、人員等信息。所述無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5位于飛行器機(jī)身平臺(tái)偏側(cè)臂處，用于精確的控制飛行器舵機(jī)7四個(gè)軸向的無刷電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，給飛行器穩(wěn)定飛行提供保障。
[0026]所述的高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)，傳感器芯片和主控芯片均采用裸片封裝:采用二次集成技術(shù)將三軸加速度傳感器2，衛(wèi)星定位接收傳感器3，圖像傳感器4，無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片5以及主控芯片I的裸片集成到同一封裝，進(jìn)行總體封裝，以提高其系統(tǒng)集成度，減小載荷重量，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力。系統(tǒng)所采用的單功能芯片，既可以采用針對(duì)此系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)開發(fā)，通過流片工藝生產(chǎn)的芯片，又可以采用市場(chǎng)上現(xiàn)有芯片的裸片封裝。
[0027]所述高集成自主飛行微型無人機(jī)飛控系統(tǒng)中涉及傳感器芯片和主控芯片通過流片工藝生產(chǎn)。
[0028]所述MEMS三軸加速度傳感器2采用體硅ICP深刻蝕技術(shù)及硅玻璃的靜電鍵合技術(shù)獲得;ICP深刻蝕技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大厚度、高寬深比刻蝕靜電鍵合保證襯底與芯片之間實(shí)現(xiàn)粘接，可靠性較高。在結(jié)構(gòu)上，所述MEMS三軸加速度傳感器2采用梳齒電容式三軸加速度計(jì)結(jié)構(gòu)，電容變化是變極距引起的，動(dòng)極板的運(yùn)動(dòng)會(huì)擠壓極板間