一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统技术方案

本实用新型专利技术设计一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统，其中包括用于检测飞行状态的MEMS三轴加速度传感器；用于飞行定位的MEMS卫星定位接收传感器；用于侦察检测的CMOS图像传感器；用于驱动无刷电机的集成芯片以及用于导航和飞行控制的主控芯片。本实用新型专利技术所涉及的微型高集成自主飞行无人机采用二次集成技术将三轴加速度传感器，卫星定位接收传感器，CMOS图像传感器，无刷电机驱动芯片以及主控芯片的裸片集成到一个封装里面，相比现有无人机组装技术提高了集成度和稳定性，减少了体积和重量。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种微型无人机控制系统，尤其涉及一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统。
技术介绍
航空电子是机载″神经系统″，是实现微型无人机不可忽视的先进技术。现有无人飞行器常见的平台结构是各类传感器执行器与微处理器连接，各种飞行器的姿态，电量飞行高度、速度等数据分别通过总线汇总到微处理器进行计算，飞控程序算出执行器如电机舵机需要的控制信号后通过总线传递到对应的执行器。对于普通尺寸的无人机，该方案因为飞控的可编程特性具有较高的灵活性，然而对于微型无人机，传统的板级设计具有体积和重量的劣势，为了对应任务具有高效性，势必从芯片的层面就进行高度的集成和系统化的设计，只有这样才能实现体积和性能的高度统一。美国DARPA局在开始计划微型无人机研究时，已经初步考虑到利用微机电系统技术的发展推动对微型无人机的发展。由于微型无人机的质量和体积受限，留给飞行器机电系统的总重量只有几十克，显然常规无人机或者微型无人机所使用的机电设备在微型无人机上已经不适用了。机电器件的微型化发展趋势为微型无人机的发展提供了可能。集成传感器、运算处理器和执行器于单芯片的片上系统能够大大提高微型无人机的智能化、系统集成度和稳定性，是未来微型无人机的必然发展趋势。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本技术提供一种高集成度、高稳定性、低功耗、轻载荷的微型无人机飞控系统。本技术的技术方案是这样构成的：一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统，包括主控芯片、MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器、CMOS图像传感器和无刷电机驱动芯片；所述的MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器和CMOS图像传感器的输出端分别连接到主控芯片对应的输入接口，主控芯片的输出连接无刷电机驱动芯片。所述无刷电机驱动芯片的输出端连接到无人机的舵机，控制舵机的转动；所述的飞行器舵机带有四个轴向的无刷电机。主控芯片的输出还连接地面机台的图像显示装置，主控芯片将所述CMOS图像传感器捕捉到的数据画面通过图像解算和图像处理，得到目标物体的位置和其他信息，经通信系统将图像传输到地面机台的图像显示装置，实现飞行器的监控功能。所述主控芯片位于飞行器机身平台中央；所述CMOS图像传感器位于飞行器机身平台前侧；所述无刷电机驱动芯片位于飞行器机身平台偏侧臂处。三轴加速度传感器，卫星定位接收传感器，图像传感器，无刷电机驱动芯片以及主控芯片的裸片集成到同一封装。所述主控芯片采用TI芯片TMS320DM6467。所述MEMS三轴加速度传感器采用freescale公司的MMA7455芯片；所述MEMS卫星定位传感器采用STMicroelectronics公司的TeseoIII芯片；所述CMOS图像传感器采用OmniVision公司的OV764芯片；所述无刷电机驱动芯片采用SANYO公司的LB11820M芯片。本技术与现有的微型无人机相比，具有如下显著的技术优势与特点：(1)集成度高。本技术所涉及的无人飞行系统采用片上系统设计，系统集成度高，比现有微型无人机更轻便。(2)稳定性高。本技术所涉及的无人飞行系统集成度高，串扰小，稳定性高。(3)功耗低。本技术所涉及的无人飞行系统针对功耗进行了特殊设计，系统功耗大幅缩减。(4)载荷轻，噪声小。本技术所涉及的无人飞行系统噪声小，可用于隐蔽条件下的目标检测、车牌识别、行为识别等。附图说明图1是所述高集成自主飞行微型无人机飞控系统框图；图2是所述COMS图像传感器结构图；图3是所述COMS图像传感器象敏单元；图4是所述无刷电机驱动芯片原理图；图5是所述主控模块框图。图中：1、主控芯片，2、MEMS三轴加速度传感器，3、MEMS卫星定位接收传感器，4、CMOS图像传感器，5、无刷电机驱动芯片，6、图像显示装置，7、舵机。具体实施方式图1所示，一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统，包括主控芯片1、MEMS三轴加速度传感器2、MEMS卫星定位接收传感器3、CMOS图像传感器4和无刷电机驱动芯片5。所述的MEMS三轴加速度传感器2、MEMS卫星定位接收传感器3和CMOS图像传感器4的输出端分别连接到主控芯片1对应的输入接口，主控芯片1的输出连接无刷电机驱动芯片5及地面机台的图像显示装置。所述主控芯片1用于飞行控制和路径导航的控制算法处理。所述MEMS三轴加速度传感器2将信号传递到主控芯片1，为飞控系统提供姿态信息。所述MEMS卫星定位传感器3将信号传递到主控芯片1，为飞控系统提供位置信息和姿态信息，经主控芯片1解算后，得到飞行器现在的飞行状态。所述主控芯片1通过分析现在的飞行状态，经过飞控算法向所述无刷电机驱动芯片5发出控制指令，无刷电机驱动芯片5的输出端连接到舵机7，无刷电机驱动芯片5通过对输入的速度控制信号和从反电动势获取的转速和转子位置数据进行PID控制，得到多路PWM信号的输出，通过功率MOS组成的3相的反相器实现对相电流的控制，即通过解算控制指令，控制舵机7的转动，实现飞行器的正常飞行。所述CMOS图像传感器4将信号传递到主控芯片1，为飞控系统提供地面和物体的数据信息；所述主控芯片1将所述CMOS图像传感器4捕捉到的数据画面通过图像解算和图像处理，得到目标物体的位置和其他信息，经通信系统将图像传输到地面机台的图像显示装置6，实现飞行器的监控功能。所述主控芯片1位于飞行器机身平台中央。所述CMOS图像传感器4位于飞行器机身平台前侧，用于探测和识别物体，传输无人机侦测到的地形、人员等信息。所述无刷电机驱动芯片5位于飞行器机身平台偏侧臂处，用于精确的控制飞行器舵机7四个轴向的无刷电机转向和转速，给飞行器稳定飞行提供保障。所述的高集成自主飞行微型无人机飞控系统，传感器芯片和主控芯片均采用裸片封装：采用二次集成技术将三轴加速度传感器2，卫星定位接收传感器3，图像传感器4，无刷电机驱动芯片5以及主控芯片1的裸片集成到同一封装，进行总体封装，以提高其系统集成度，减小载荷重量，增加系统稳定性和抗干扰能力。系统所采用的单功能芯片，既可以采用针对此系统专门设计开发，通过流片工艺生产的芯片，又可以采用市场上现有芯片的裸片封装。所述高集成自主飞行微型无人机飞控系统中涉及传感器芯片和主控芯片通过流片工艺生产。所述MEMS三轴加速度传感器2采用体硅ICP深刻蚀技术及硅玻璃的静电键本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统，其特征在于：包括主控芯片、MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器、CMOS图像传感器和无刷电机驱动芯片；所述的MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器和CMOS图像传感器的输出端分别连接到主控芯片对应的输入接口，主控芯片的输出连接无刷电机驱动芯片。

【技术特征摘要】
1.一种高集成自主飞行微型无人机飞控系统，其特征在于：包括主控芯片、MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器、CMOS图像传感器和无刷电机驱动芯片；所述的MEMS三轴加速度传感器、MEMS卫星定位接收传感器和CMOS图像传感器的输出端分别连接到主控芯片对应的输入接口，主控芯片的输出连接无刷电机驱动芯片。
2.根据权利要求1所述的无人机飞控系统，其特征在于：所述无刷电机驱动芯片的输出端连接到无人机的舵机，控制舵机的转动；所述的飞行器舵机带有四个轴向的无刷电机。
3.根据权利要求1所述的无人机飞控系统，其特征在于：主控芯片的输出还连接地面机台的图像显示装置，主控芯片将所述CMOS图像传感器捕捉到的数据画面通过图像解算和图像处理，得到目标物体的位置和信息，经通信系统将图像传输到地面机台的图像显示装置，实现飞行器的监控功能。
4.根据权利要求1或3所述的无人机飞控系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，张旭，
申请(专利权)人：北京鸣鑫航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11