[发明专利]一种基于μC/OS-III的四轴飞行器控制系统和方法

摘要

本发明提供一种基于μC/OS‑III的四轴飞行器控制系统和方法，系统包括遥控器和飞行器；本发明克服了传统遥控器操作传统，功能单一，结构封闭等不足以及飞控APP硬件上的缺陷，本发明提出新型飞行器控制器方法，可以摆脱传统遥控器的摇杆，一方面利用加速度计重力感应操作遥控飞机，另一方面运用触控屏幕去设置飞机参数等；本发明可以将飞机的实时状态显示在显示器上；本发明可以模糊操作实现多种用户预制的自动飞行功能。

主权项

1.一种基于μC/OS‑III的四轴飞行器控制方法，本方法基于μC/OS‑III的四轴飞行器控制系统，系统包括遥控器和飞行器；所述的遥控器包括遥控器控制模块、和分别与遥控器控制模块连接的LCD显示屏、output模块、input模块、第一电源模块、遥控器2.4GHz无线通信模块；所述的电源模块分别为控器控制模块、LCD显示屏、output模块、input模块、遥控器2.4GHz无线通信模块供电；所述的飞行器包括飞行器控制模块、和分别与飞行器控制模块连接的飞行器2.4GHz无线通信模块、电机调速器、惯性测量单元、气压传感器、卫星定位模块、超声波测距模块、第二电源模块和红外线感应模块连接；所述的飞行器2.4GHz无线通信模块分别与电机调速器、惯性测量单元、气压传感器、卫星定位模块、超声波测距模块、第二电源模块和红外线感应模块连接；所述的电机调速器和无刷电机连接；所述的第二电源模块分别为飞行器控制模块、飞行器2.4GHz无线通信模块、电机调速器、无刷电机、惯性测量单元、气压传感器、卫星定位模块、超声波测距模块和红外线感应模块供电；其特征在于：步骤1：准备阶段；所述的准备阶段包括如下步骤；步骤1.1：初始化，包括遥控器2.4GHz无线通信模块与飞行器2.4GHz无线通信模块配对；output模块、input模块、惯性测量单元、气压传感器、卫星定位模块、超声波测距模块、红外线感应模块的初始化，第一电源模块和第二电源初始化，LCD显示器初始化；步骤1.2：用户通过触摸屏或input模块输入起飞指令，通过遥控器2.4GHz无线通信模块和飞行器2.4GHz无线通信模块配对，建立通信；步骤1.3：起飞指令通过遥控器2.4GHz无线通信模块和飞行器2.4GHz无线通信模块的通讯发送给飞行器；步骤1.4：飞行器通过红外线感应模块检测螺旋桨周围的障碍物，通过飞行器2.4GHz无线通信模块和遥控器2.4GHz无线通信模块通讯然后将数据发回遥控器，遥控器将数据通过LCD显示屏展示给用户；步骤2：飞行阶段；所述的飞行阶段包括如下步骤；步骤2.1：飞行器起飞后，飞行器读取气压传感器和卫星定位模块数据，并发送给遥控器；步骤2.2：在飞行过程中，飞行器通过超声波测距模块检测周围的障碍物并将信息传送至遥控器；步骤2.3：利用飞行器上面的惯性测量单元，测量飞行器在空间中的姿态，经过计算转换成遥控飞机的参数，再发送给飞机；所述的步骤2.3具体包括步骤：步骤2.3.1：遥控器读取飞行器上的加速度计的数据，经过互补滤波处理，如公式1，得到重力在飞行器各个坐标轴上的分量；式1中，表示第n次相较于第n‑1次飞行的旋转增量；表示重力在飞行器各个坐标上的分量；而表示第n次即当前飞行器的飞行姿态，表示上一次第n‑1次飞行器的飞行姿态，表示两者叉积运算；通过坐标分量计算出相对应的旋转增量，之后与第n‑1次的飞行姿态进行计算便得到当前飞行姿态；步骤2.3.2：将飞行器飞行姿态的四元数换算成欧拉角，如公式2；其中，欧拉角有多种定义方式，这里定义x轴正方向为航向，绕z轴旋转的角度为偏航角(yaw)，记为y；绕y轴转的角度为俯仰角(pitch),记为p；绕x轴转的角度为滚转角(roll)，记为r；wq、zq、xq、yq表示四元数q的四实数分量，通过上述公式便可以将当前的飞行器在各个坐标轴上的当前姿态的坐标转换为相对应的偏航角ya、俯仰角pa与滚转角ra；步骤2.3.3：以步骤2.3.2得到的欧拉角经过期望处理后得到期望欧拉角，作为对飞机的期望姿态发送给飞机；飞行器得到遥控器发来的期望欧拉角后，变成螺旋桨转速参数控制飞行；步骤3：降落阶段；当用户输入降落指令后，该指令发送给飞行器，飞行器会利用底部的超声波测距模块测量自身距离地面的高度，并减缓螺旋桨转速，直至平稳着陆。