一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，该系统包括传感器模块、控制器模块、电源模块、执行机构驱动模块、无线通讯模块、遥控接收模块和GPS通信模块；传感器模块、电源模块、无线通讯模块和遥控接收模块分别连接控制器模块，控制器模块又与执行机构驱动模块相连接；控制器模块作为信号处理部件负责完成传感器信号的采集和处理、姿态控制及导航控制算法的解算、旋翼转速控制、数据通讯的工作，无线通讯模块负责地面控制中心对无人机的飞行控制和跟踪定位，以及对飞行状态数据的监控，实现姿态、位置控制参数在线修改、下载，遥控接收模块通过对遥控器通道的控制来控制无人机处于不同的飞行模式。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及无人机飞行控制系统，具体涉及一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统。
技术介绍
目前多旋翼无人机的飞行控制系统一般都采用主、辅控制器的架构。其中，主控制器多以微处理器为主，主要负责控制算法的解算；辅助控制器则负责对传感器数据的采集和驱动系统的控制等功能。PC/104模块和DSP处理器是最常见的主控制器，而辅助控制器多采用单片机或者可编程逻辑器件（CPLN/PGA）。当前，ARM处理器被广泛应用在嵌入式系统中；在无人机系统中，多应用在固定翼的无人机，旋翼无人机中应用比较少。以下介绍一些常见的系统架构：1)基于PC/104模块和单片机的架构X86系列的CPU处理器是PC/l04模块最常见的核心部件，该处理器拥有丰富的外围接口，优越的运算处理能力，其主要缺点是功耗高，结构较为复杂，而且成本也高，不符合本设计低功耗、低成本的系统设计要求。但是，该CPU最大的优势是，能够实现与多数的系统和应用软件的兼容，有利于系统的开发研究。而辅助控制器多采用单片机，通常是8位或者16位的为主，与主控制器之间通过串口进行通讯，实现数据的采集、飞行姿态的控制等功能。2)基于DSP 处理器和单片机的架构DSP处理器作为主控制器，凭借其特殊的功能设计，具有很强的数据处理能力；与PC/104模块相比，接口更加的丰富，可以实现一部分辅助控制器完成的功能。在通用性方面，DSP芯片与CPU有所不同，一般不用于嵌入式操作系统中，也没有太多的通用的应用软件对其进行支持，设计增加了一些难度。但是，由于DSP芯片的特殊功能设计，可完成辅助控制器的一部分功能，其架构体系可以进步的优化，能够满足一定的微型化、低功耗的设计要求。3)基于FPGA 和DSP芯片的架构近些年，可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)受到广泛的关注，开始被社会大量的应用。FPGA可以通过软件配置其内部的硬件资源，使其在硬件设计和应用方面，具有很强的灵活性，同时也可以通过硬件逻辑来实现控制算法的运算，具有较高的性能和效率。FPGA 与CPLD 相比，其集成度更高和逻辑资源更加的丰富，可通过配合相关软核，实现CPU的功能。国外佐治亚理工学院设计的FCS20飞行控制系统，就是采用此架构来实现的，FCS20飞行控制系统的控制、通讯和处理都是通过FPGA配合CPU来完成实现的，而其控制算法的运算，则交给了辅助控制器DSP来完成。与以上三种架构相比，本设计采用双STM32架构设计，其功耗低，接口多，功能强，能够进一步的实现飞行控制系统的微型化、低成本、低功耗的要求。
技术实现思路
根据现有技术的不足，提供一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，该系统能够进一步实现飞行控制系统的微型化、低成本、低功耗的要求。本技术按以下技术方案实现：一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，该系统包括传感器模块、控制器模块、电源模块、执行机构驱动模块、无线通讯模块、遥控接收模块和GPS通信模块；所述传感器模块包括三轴螺旋仪、三轴加速度仪、三轴地磁传感器和气压高度计；所述执行机构驱动模块包括多个驱动电机，通过PWM信号驱动；所述传感器模块、电源模块、无线通讯模块和遥控接收模块分别连接控制器模块，所述控制器模块又与执行机构驱动模块相连接；所述控制器模块作为信号处理部件负责完成传感器信号的采集和处理、姿态控制及导航控制算法的解算、旋翼转速控制、数据通讯的工作，无线通讯模块负责地面控制中心对无人机的飞行控制和跟踪定位，以及对飞行状态数据的监控，实现姿态、位置控制参数在线修改、下载，遥控接收模块通过对遥控器通道的控制来控制无人机处于不同的飞行模式。优选的是，所述电源模块采用AMS1117稳压电路。优选的是，所述控制器模块采用基于Cortex-M3内核的STM32F107系列微控制器作为多旋翼无人机飞行控制系统的处理器。优选的是，所述无线通讯模块采用XBee-PRO OEM RF 模块。优选的是，所述执行机构驱动模块包括四个无刷直流电机，布局呈十字型，无刷直流电机的轴上分别垂直安装了四个旋翼。优选的是，还包括PWM信号隔离电路，通过PWM信号隔离电路避免无刷直流电机在旋转过程中产生的冲击电流对控制器模块的3.3V的信号造成干扰。优选的是，所述PWM信号隔离电路采用ADUM1400隔离器。本技术有益效果：本技术的多旋翼无人机飞行控制系统，在实现了高集成度、可扩展性、小型化和高性价比的同时，满足飞行控制系统的可行性、可靠性和实时性。飞行控制系统主要是通过读取无人机的飞行速度、姿态和位置等传感器的数据，并完成对传感器数据的处理，从而实现对飞行姿态和飞行轨迹的控制，使飞行器的能够稳定可靠地自主飞行。另外，该系统还可通过遥控实现地面飞行控制站对无人机的全遥控和半自主遥控模式的飞行控制。该飞行控制系统可以通过对旋转机翼的转速的控制，实现多旋翼无人机的上升、下降、前进、后退、和自由悬停等飞行性能。附图说明图1为本技术控制系统原理框图；图2为AMS1117稳压电路图；图3为PWM信号隔离电路；图4为电源隔离电路；图中：1—传感器模块，2—控制器模块，3—电源模块，4—执行机构驱动模块，5—无线通讯模块，6—遥控接收模块，7—GPS通信模块，8—时钟电路，9—复位电路，11—三轴螺旋仪，12—三轴加速度仪，13—三轴地磁传感器，14—气压高度计，41—PWM信号隔离电路，42—无刷直流电机。具体实施方式以下结合附图，通过具体实施例对本技术作进一步的说明。如图1所示，一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，该系统包括传感器模块1、控制器模块2、电源模块3、执行机构驱动模块4、无线通讯模块5、遥控接收模块6、GPS通信模块7、时钟电路8和复位电路9；传感器模块1包括三轴螺旋仪11、三轴加速度仪12、三轴地磁传感器13和气压高度计14；执行机构驱动模块4包括多个驱动电机，通过PWM信号驱动；传感器模块1、电源模块3、无线通讯模块5和遥控接收模块6分别连接控制器模块2，控制器模块2又与执行机构驱动模块4相连接；控制器模块2作为信号处理部件负责完成传感器信号的采集和处理、姿态控制及导航控制算法的解算、旋翼转速控制、数据通讯的工作，无线通讯模块5负责地面控制中心对无人机的飞行控制和跟踪定位，以及对飞行状态数据的监控，实现姿态、位置控制参数在线修改、下载，遥控接收模块6通过对遥控器通道的控制来控制无人机处于不同的飞行模式。电源作为多旋翼无人机动力源泉，是系统能够正常工作的保障，其电路设计的好坏，将直接影响到整个飞行控制系统，因此在整个系统中具有十分重要的地位。一个电源设计的足够优秀，往往能过将系统发生故障的概率大大降低。本技术所设计的飞行控制系统需要5V和3.3V的电压。为了增加系统的优越性，本技术选用AMS1117是一个正向低压降稳压器完成电源模块的设计。AMS1117是一个低漏失电压调整器,它的稳压调整管是由一个PNP驱动的NPN管组成的，固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V和可调版本，具有 1％的高精度，内部集成过热保护和限流电路，为系统提供了过载和过热保护,以防环境温度造成过高的结温，如图2所示。本技术所采用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：该系统包括传感器模块（1）、控制器模块（2）、电源模块（3）、执行机构驱动模块（4）、无线通讯模块（5）、遥控接收模块（6）和GPS通信模块（7）；所述传感器模块（1）包括三轴螺旋仪（11）、三轴加速度仪（12）、三轴地磁传感器（13）和气压高度计（14）；所述执行机构驱动模块（4）包括多个驱动电机，通过PWM信号驱动；所述传感器模块（1）、电源模块（3）、无线通讯模块（5）和遥控接收模块（6）分别连接控制器模块（2），所述控制器模块（2）又与执行机构驱动模块（4）相连接；所述控制器模块（2）作为信号处理部件负责完成传感器信号的采集和处理、姿态控制及导航控制算法的解算、旋翼转速控制、数据通讯的工作，无线通讯模块（5）负责地面控制中心对无人机的飞行控制和跟踪定位，以及对飞行状态数据的监控，实现姿态、位置控制参数在线修改、下载，遥控接收模块（6）通过对遥控器通道的控制来控制无人机处于不同的飞行模式。
【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：该系统包括传感器模块（1）、控制器模块（2）、电源模块（3）、执行机构驱动模块（4）、无线通讯模块（5）、遥控接收模块（6）和GPS通信模块（7）；所述传感器模块（1）包括三轴螺旋仪（11）、三轴加速度仪（12）、三轴地磁传感器（13）和气压高度计（14）；所述执行机构驱动模块（4）包括多个驱动电机，通过PWM信号驱动；所述传感器模块（1）、电源模块（3）、无线通讯模块（5）和遥控接收模块（6）分别连接控制器模块（2），所述控制器模块（2）又与执行机构驱动模块（4）相连接；所述控制器模块（2）作为信号处理部件负责完成传感器信号的采集和处理、姿态控制及导航控制算法的解算、旋翼转速控制、数据通讯的工作，无线通讯模块（5）负责地面控制中心对无人机的飞行控制和跟踪定位，以及对飞行状态数据的监控，实现姿态、位置控制参数在线修改、下载，遥控接收模块（6）通过对遥控器通道的控制来控制无人机处于不同的飞行模式。2.根据权利要求1所述的基于STM32的多旋翼无人机飞行控制系统，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋延华，张祖红，程玮玮，刘清平，
申请(专利权)人：江苏省宿迁经贸高等职业技术学校，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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