[发明专利]四旋翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种四旋翼飞行器。

背景技术

四旋翼飞行器的运用是多方面的，除了最基础的供学习参考、娱乐休闲的功能外，还具有实际意义的价值。比如，在拓展外部摄像头的情况下，可以实现地形地貌航拍功能，为地质测量提供数据支持；进行野外探寻，高空寻找失散物；对森林火灾进行现场航空拍摄，得到控制。在外拓一些温湿度传感器，大气微粒传感器等设备外，还可以对高空空气质量状况提供详细数据。

在已有的技术中，四旋翼飞行器的硬件电路设计有很多。从主控芯片的选择到各个种类的传感器的设计，都是需要通过筛选、设计、实验从而得到最终确定和实现的。但是现有的四旋翼设备性价比不高，稳定性差，机械结构不安全，物理结构不结实。同时，因为其集成度高，内部芯片唯一化，因此当四旋翼飞行器发生故障的时候，不能够很好地进行自我维修。

作为一种优选方案，与其他飞行器类似。四旋翼飞行器于空中有六个自由度，可以实现左右、上下、前后的运动。通过这些运动的变换，达到上述俯仰、偏航、翻转等行为动作。通过力学原理，可以看出，四旋翼飞行器在四个控制量的前提下，要实现六个自由度的运动，这是一个很典型的欠驱动系统，同时，四旋翼飞行器是三维方向上的运行，有很高的耦合动特性。所以，如果不通过嵌入式技术的实现，很难对该飞行器进行理想控制。

发明内容

为了克服现有四旋翼飞行器存在的性价比不高，稳定性差，机械结构不安全，物理结构不结实等的缺点，本发明提供一种四旋翼飞行器。

本发明采用的技术方案是：

四旋翼飞行器，包括机身，所述的机身的前端对称安装有第一、第二旋翼，所述的机身的后端对称安装有第三、第四旋翼，所述的第一、第二、第三、第四旋翼分别一与无刷直流电机相连，所述的无刷直流电机分别连接一电机调速器，所述的电机调速器调节无刷直流电机的转速；所述的电机调速器均与一飞行控制器相连，所述的飞行控制器控制电机调速器的调节；其特征在于：还包括角速度传感器和角度传感器，所述的角速度传感器与角度传感器分别与所述的飞行控制器连接。

进一步，所述的机身上安装有用于高空采集图像的无线摄像头，所述的无线摄像头与下位机通信连接，所述的下位机通过UART接口与PC端上位机连接。用STM32设计UC/OSII嵌入式系统的下位机，使用无线与四旋翼飞行器进行通信，用作人机交互以及图像数据传输的中间站，能够完成飞行器各个状态之间的切换以及数据的接收显示。

进一步，所述的飞行控制器包括ARM单片机和惯性导航系统，所述的ARM单片机通过USART接口与STM32控制器连接，所述的ARM单片机通过无线模块与下位机连接，所述的STM32控制器与安装在机身上的无线摄像头控制连接；所述的惯性导航系统包括包括MPU6050陀螺仪、HMC5883电子罗盘和MS5611气压计。

进一步，所述的下位机采用STM32开发的uc/osII的嵌入式系统。

本发明根据空气动力学原理可以通过嵌入式系统来控制其旋翼的转速。本发明中，飞行控制器采用了STM32F103VET6的ARM单片机，进行飞行控制和姿态控制；其功能强大，性价比高，同时使用另一块STM32控制器进行图像采集与数据通信。下位机则是使用STM32开发的uc/osII的嵌入式系统，其集成了普通遥控功能以及采用一块GY-8610DOF模块制作的感应遥控部分。同时，3.2寸的带触控TFT液晶显示器也能够承担一个很好的人机交互的角色。下位机与PC端上位机的交互则采用了UART接口，通过FT232电平转换模块达到电平匹配的目的。

惯性导航系统是采集飞行器机体的运动状态信息作为控制系统控制的重要信息依据。惯性导航平台的反馈精度直接影响到控制系统的控制精度。本发明的惯性导航系统由MPU6050陀螺仪、HMC5883电子罗盘和MS5611气压计组成。

本发明的有益效果体现在：四旋翼飞行器性价比高，稳定性强，机械结构稳定，操作性不高。内部芯片模块化，便于自身维修。

附图说明

图1是本发明四旋翼飞行器硬件系统构成图。

图2是本发明STM32控制器连接电路。

图3是本发明MPU6050陀螺仪连接电路。

图4是本发明HMC5883电子罗盘连接电路。

图5是本发明MS5611气压计连接电路。

图6是本发明无线摄像头OV7620连接电路。

图7是本发明nRF24L01连接电路。

具体实施方式