本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無人機(jī)控制系統(tǒng)，具體是一種多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近幾十年來，隨著航空電子以及微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)的飛速發(fā)展，無人機(jī)的發(fā)展進(jìn)入鼎盛時期。以美國為首的西方國家，掌握著先進(jìn)的無人機(jī)技術(shù)。在科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍的無人機(jī)在戰(zhàn)場上發(fā)揮了巨大的作用，不論是偵察功能強(qiáng)大的“全球鷹”，還是裝備了“地獄火”地對空導(dǎo)彈的“捕食者”，高精度的機(jī)載傳感器系統(tǒng)，是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)其功能的重要保障。

不同于固定翼無人機(jī)需要機(jī)翼相對于大氣運(yùn)動產(chǎn)生的壓力差作為無人機(jī)的升力，旋翼無人機(jī)通過旋翼的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生升力，這也使得旋翼無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、空中懸停、倒飛等固定翼無人機(jī)無法實(shí)現(xiàn)的功能。旋翼無人機(jī)的機(jī)動性比固定翼無人機(jī)強(qiáng)，適用于航拍、高壓電線巡檢等。

多旋翼無人機(jī)是無人機(jī)研究中的一個熱門，與單旋翼相比，它結(jié)構(gòu)簡單，由多個帶旋翼的電機(jī)轉(zhuǎn)動提供升力，與單旋翼不同的是它的旋翼槳面的傾斜度是固定不變的，姿態(tài)和位置通過改變各個電機(jī)的轉(zhuǎn)速形成轉(zhuǎn)速差來控制。它機(jī)動性強(qiáng)，可以在室內(nèi)相對狹小的空間飛行；效率高，一對電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，另一對逆時針旋轉(zhuǎn)，由電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩相互抵消，而不需像單旋翼一樣增加尾槳來抵消主槳的旋轉(zhuǎn)力矩。但這種無人機(jī)負(fù)載較小，因此對機(jī)載硬件的要求也更加嚴(yán)格。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)，包括慣性導(dǎo)航集成模塊、聲納傳感器、激光雷達(dá)傳感器、超控模塊、主控制模塊、遙控信號接收模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊以及無刷電機(jī)調(diào)速器；

所述慣性導(dǎo)航集成模塊，用于采集多旋翼無人機(jī)的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS-232接口輸出到超控模塊；

所述聲納傳感器，用于采集多旋翼無人機(jī)的飛行高度數(shù)據(jù)，通過I2C接口輸出到超控模塊；

所述激光雷達(dá)傳感器，用于探測多旋翼無人機(jī)飛行小范圍內(nèi)的障礙物信息，通過RS-232接口輸出到超控模塊；

所述超控模塊，采用AVR單片機(jī)，與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對接收到的多旋翼無人機(jī)飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、飛行高度數(shù)據(jù)以及附近障礙物信息進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給主控制模塊；并獲取主控制模塊和遙控信號接收模塊輸出的控制桿量信號，輸出到信號轉(zhuǎn)換模塊；

所述主控制模塊，采用ARM嵌入式控制器，通過WIFI無線連接地面站，將接收到超控模塊輸出的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、飛行高度數(shù)據(jù)以及附近障礙物信息發(fā)送給地面站，并使用控制算法程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行計算，輸出控制桿量信號到超控模塊；

所述遙控信號接收模塊，連接多旋翼無人機(jī)遙控器，接收遙控器發(fā)出的控制桿量信號，并輸出到超控模塊；

所述信號轉(zhuǎn)換模塊，將超控模塊輸出的控制桿量信號解算成電機(jī)控制信號，并輸出到無刷電機(jī)調(diào)速器；

所述無刷電機(jī)調(diào)速器，根據(jù)信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的電機(jī)控制信號，控制無刷電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的自主飛行控制。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)，通過慣性導(dǎo)航集成模塊和聲納傳感器采集無人機(jī)飛行姿態(tài)和高度位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過AVR超控模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給ARM嵌入式控制器，計算出控制桿量返回給AVR超控模塊，經(jīng)過AVR超控模塊的選通功能將控制桿量發(fā)送給信號轉(zhuǎn)換模塊解算成電機(jī)控制信號，并發(fā)送給無刷電機(jī)調(diào)速器驅(qū)動無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)的自主飛行；如果AVR超控模塊選通的是手動控制信號，則無人機(jī)處于手動飛行狀態(tài)，多旋翼無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)還可以通過ARM控制器自帶的WiFi無線傳輸?shù)降孛嬲具M(jìn)行顯示與存儲；并通過增加激光雷達(dá)探測小范圍內(nèi)的障礙物，實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的室內(nèi)自主懸停。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)，包括慣性導(dǎo)航集成模塊、聲納傳感器、激光雷達(dá)傳感器、超控模塊、主控制模塊、遙控信號接收模塊、信號轉(zhuǎn)換模塊以及無刷電機(jī)調(diào)速器。

慣性導(dǎo)航集成模塊，采用荷蘭Xcens公司的MTi-G慣性導(dǎo)航集成模塊，用于采集多旋翼無人機(jī)的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)，通過RS-232接口輸出到超控模塊。其中，飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)包括三軸線加速度、三軸角速度、三軸地磁場強(qiáng)度、三軸姿態(tài)角度、經(jīng)度緯度、海拔高度和線速度等物理暈，每一個物理量都對應(yīng)相應(yīng)的坐標(biāo)系，是多旋翼無人機(jī)自主飛行時需要的重要數(shù)據(jù)。

MTi-G慣性導(dǎo)航集成模塊是一個帶有導(dǎo)航和姿態(tài)、航向參考系統(tǒng)處理器的GPS與微機(jī)電慣性測量單元的整合系統(tǒng)，其內(nèi)部低功耗的信號處理器運(yùn)行的實(shí)時卡爾曼濾波程序增強(qiáng)了3D位置和速度估計的精度，能提供無漂移的三軸姿態(tài)，還有經(jīng)過校正的3D線加速度、角速度、地磁場以及靜態(tài)氣壓信號，是一款性能出色的導(dǎo)航、控制測量設(shè)備。

聲納傳感器，采用Devantech公司的Srf-08超聲波傳感模塊，用于采集多旋翼無人機(jī)的飛行高度數(shù)據(jù)，通過I2C接口輸出到超控模塊。

激光雷達(dá)傳感器，用于探測多旋翼無人機(jī)飛行小范圍內(nèi)的障礙物信息，通過RS-232接口輸出到超控模塊，實(shí)現(xiàn)四旋翼無人機(jī)的室內(nèi)自主懸停。

超控模塊，采用AVR單片機(jī)，與主控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對接收到的多旋翼無人機(jī)飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、飛行高度數(shù)據(jù)以及附近障礙物信息進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給主控制模塊；并獲取主控制模塊和遙控信號接收模塊輸出的控制桿量信號，輸出到信號轉(zhuǎn)換模塊。

主控制模塊，采用ARM嵌入式控制器，通過WIFI無線連接地面站，將接收到超控模塊輸出的飛行姿態(tài)數(shù)據(jù)、飛行高度數(shù)據(jù)以及附近障礙物信息發(fā)送給地面站，并使用控制算法程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行計算，輸出控制桿量信號到超控模塊。

遙控信號接收模塊，連接多旋翼無人機(jī)遙控器，接收遙控器發(fā)出的控制桿量信號，并輸出到超控模塊。

信號轉(zhuǎn)換模塊，將超控模塊輸出的控制桿量信號解算成電機(jī)控制信號，并輸出到無刷電機(jī)調(diào)速器。

無刷電機(jī)調(diào)速器，根據(jù)信號轉(zhuǎn)換模塊輸出的電機(jī)控制信號，控制無刷電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的自主飛行控制。

本發(fā)明提供的多旋翼無人機(jī)嵌入式控制系統(tǒng)，通過慣性導(dǎo)航集成模塊和聲納傳感器采集無人機(jī)飛行姿態(tài)和高度位置數(shù)據(jù)，經(jīng)過AVR超控模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后發(fā)送給ARM嵌入式控制器，計算出控制桿量返回給AVR超控模塊，經(jīng)過AVR超控模塊的選通功能將控制桿量發(fā)送給信號轉(zhuǎn)換模塊解算成電機(jī)控制信號，并發(fā)送給無刷電機(jī)調(diào)速器驅(qū)動無刷電機(jī)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)的自主飛行；如果AVR超控模塊選通的是手動控制信號，則無人機(jī)處于手動飛行狀態(tài)，多旋翼無人機(jī)飛行數(shù)據(jù)還可以通過ARM控制器自帶的WiFi無線傳輸?shù)降孛嬲具M(jìn)行顯示與存儲；并通過增加激光雷達(dá)探測小范圍內(nèi)的障礙物，實(shí)現(xiàn)多旋翼無人機(jī)的室內(nèi)自主懸停。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。