一种多旋翼无人机嵌入式控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种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。

A multi rotor unmanned aerial vehicle embedded control system

The invention discloses a multi rotor UAV embedded control system, through the integrated inertial navigation module and sonar sensor UAV flight attitude and altitude data, through AVR control module level conversion and sent to the ARM embedded controller calculates the control rod amount returned to the AVR control module, AVR control module after the gating function of the control lever amount is transmitted to a signal conversion module solution into the motor control signal, and send the brushless motor governor drive brushless motor, the four rotor UAV autonomous flight control module; if AVR gating is the manual control signal, while the UAV is in manual flight condition. Multi rotor UAV flight data can also be transmitted through the WiFi wireless ARM controller to the ground station for display and storage; and through the detection of small increase in laser radar The range of obstacles is achieved by autonomous hovering of multi rotor uavs.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多旋翼无人机嵌入式控制系统。本专利技术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。本专利技术的有益效果：本专利技术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专利技术作进一步详细描述。图1是本专利技术的系统示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术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。惯性导航集成模块，采用荷兰Xcens公司的MTi-G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。其中，飞行姿态数据包括三轴线加速度、三轴角速度、三轴地磁场强度、三轴姿态角度、经度纬度、海拔高度和线速度等物理暈，每一个物理量都对应相应的坐标系，是多旋翼无人机自主飞行时需要的重要数据。MTi-G惯性导航集成模块是一个带有导航和姿态、航向参考系统处理器的GPS与微机电惯性测量单元的整合系统，其内部低功耗的信号处理器运行的实时卡尔曼滤波程序增强了3D位置和速度估计的精度，能提供无漂移的三轴姿态，还有经过校正的3D线加速度、角速度、地磁场以及静态气压信号，是一款性能出色的导航、控制测量设备。声纳传感器，采用Devantech公司的Srf-08超声波传感模块，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。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，实现四旋翼无人机的室内自主悬停。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。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。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。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。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。本专利技术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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多旋翼无人机嵌入式控制系统，其特征在于：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。...

【技术特征摘要】
1.一种多旋翼无人机嵌入式控制系统，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朋，
申请(专利权)人：安徽朗巴智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34