[发明专利]一种多旋翼无人机嵌入式控制系统

说明书

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机控制系统，具体是一种多旋翼无人机嵌入式控制系统。

背景技术

近几十年来，随着航空电子以及微机电系统技术的飞速发展，无人机的发展进入鼎盛时期。以美国为首的西方国家，掌握着先进的无人机技术。在科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争中，美军的无人机在战场上发挥了巨大的作用，不论是侦察功能强大的“全球鹰”，还是装备了“地狱火”地对空导弹的“捕食者”，高精度的机载传感器系统，是无人机实现其功能的重要保障。

不同于固定翼无人机需要机翼相对于大气运动产生的压力差作为无人机的升力，旋翼无人机通过旋翼的旋转来产生升力，这也使得旋翼无人机可以实现垂直起降、空中悬停、倒飞等固定翼无人机无法实现的功能。旋翼无人机的机动性比固定翼无人机强，适用于航拍、高压电线巡检等。

多旋翼无人机是无人机研究中的一个热门，与单旋翼相比，它结构简单，由多个带旋翼的电机转动提供升力，与单旋翼不同的是它的旋翼桨面的倾斜度是固定不变的，姿态和位置通过改变各个电机的转速形成转速差来控制。它机动性强，可以在室内相对狭小的空间飞行；效率高，一对电机顺时针旋转，另一对逆时针旋转，由电机旋转产生的旋转力矩相互抵消，而不需像单旋翼一样增加尾桨来抵消主桨的旋转力矩。但这种无人机负载较小，因此对机载硬件的要求也更加严格。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多旋翼无人机嵌入式控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多旋翼无人机嵌入式控制系统，包括惯性导航集成模块、声纳传感器、激光雷达传感器、超控模块、主控制模块、遥控信号接收模块、信号转换模块以及无刷电机调速器；

所述惯性导航集成模块，用于采集多旋翼无人机的飞行姿态数据，通过RS-232接口输出到超控模块；

所述声纳传感器，用于采集多旋翼无人机的飞行高度数据，通过I2C接口输出到超控模块；

所述激光雷达传感器，用于探测多旋翼无人机飞行小范围内的障碍物信息，通过RS-232接口输出到超控模块；

所述超控模块，采用AVR单片机，与主控模块进行数据通信，对接收到的多旋翼无人机飞行姿态数据、飞行高度数据以及附近障碍物信息进行电平转换，然后发送给主控制模块；并获取主控制模块和遥控信号接收模块输出的控制杆量信号，输出到信号转换模块；

所述主控制模块，采用ARM嵌入式控制器，通过WIFI无线连接地面站，将接收到超控模块输出的飞行姿态数据、飞行高度数据以及附近障碍物信息发送给地面站，并使用控制算法程序对数据进行计算，输出控制杆量信号到超控模块；

所述遥控信号接收模块，连接多旋翼无人机遥控器，接收遥控器发出的控制杆量信号，并输出到超控模块；

所述信号转换模块，将超控模块输出的控制杆量信号解算成电机控制信号，并输出到无刷电机调速器；

所述无刷电机调速器，根据信号转换模块输出的电机控制信号，控制无刷电机工作，实现多旋翼无人机的自主飞行控制。

本发明的有益效果：本发明提供的多旋翼无人机嵌入式控制系统，通过惯性导航集成模块和声纳传感器采集无人机飞行姿态和高度位置数据，经过AVR超控模块进行电平转换后发送给ARM嵌入式控制器，计算出控制杆量返回给AVR超控模块，经过AVR超控模块的选通功能将控制杆量发送给信号转换模块解算成电机控制信号，并发送给无刷电机调速器驱动无刷电机转动，实现了四旋翼无人机的自主飞行；如果AVR超控模块选通的是手动控制信号，则无人机处于手动飞行状态，多旋翼无人机飞行数据还可以通过ARM控制器自带的WiFi无线传输到地面站进行显示与存储；并通过增加激光雷达探测小范围内的障碍物，实现多旋翼无人机的室内自主悬停。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种多旋翼无人机嵌入式控制系统，包括惯性导航集成模块、声纳传感器、激光雷达传感器、超控模块、主控制模块、遥控信号接收模块、信号转换模块以及无刷电机调速器。