基于光纤通讯的无人机飞行控制系统技术方案

本发明专利技术公开了基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，属于自动控制技术领域，包括舵机和通过光纤与之相连接的控制子系统，控制子系统包括主控芯片、A/D转换芯片、存储单元、RS232芯片、数传电台和传感器单元；其中，GPS模块、IMU传感器和磁传感器的数据输出端分别与主控芯片的GPS采集信息输入端口、姿态信息输入端口、磁航向信息输入端口电连接，空速传感器和静压传感器分别与A/D转换芯片的速度信息输入端口和高度信息输入端口连接；主控芯片和A/D转换芯片通过电连接；主控芯片通过光纤与舵机相连接，主控芯片与数传电台和存储单元均为双向通讯，与相应的端口电连接。本发明专利技术提供的无人机飞行控制系统具有抗干扰能力强、可扩展能力好的特点，还具有良好的通用性。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤通讯的无人机飞行控制系统
本专利技术涉及一种无人机飞行控制系统，特别涉及基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，属于自动控制

技术介绍
无人机在防灾救险、科学考察等领域有着广阔的应用，而飞行控制系统是无人机的重要组成部分，在无人机智能化和实用化中起着重要的作用。无人机的飞行控制系统是无人机完成起飞、空中飞行、执行任务和返场回收等整个飞行过程的核心系统，无人机的飞行控制系统对于无人机相当于驾驶员对于有人机的作用，是无人机最核心的技术之一。无人机的飞行控制系统一般包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制三大类。无人机的飞行控制系统主要由陀螺仪(飞行姿态感知)、加速计、地磁感应飞控、气压传感器(悬停控制)、GPS(英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称)模块(选装)以及控制电路组成，主要的功能就是自动保持飞机的正常飞行姿态。现有的无人机的飞行控制系统存在导线抗腐蚀性差、抗干扰能力差、保密性差、可扩展能力差的问题，这已成为制约无人机飞行控制系统发展的瓶颈。因此，提供一种抗电磁干扰性能强、传输频带宽、通信容量大、传输损耗低、中继距离长、线径细、重量轻、绝缘、抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强、可扩展能力好的基于光纤通讯的无人机飞行控制系统就成为该
急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抗电磁干扰性能强；传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻；绝缘、抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强、可扩展能力好的基于光纤通讯农用小型无人机飞行控制系统。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案达到的：基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，其特征在于：包括舵机和通过光纤与之相连接的控制子系统，所述控制子系统包括主控芯片、A/D转换芯片、存储单元、RS232芯片、数传电台和传感器单元；所述传感器单元包括用于采集无人机姿态信息的IMU传感器、用于采集无人机磁航向信息的磁传感器、用于计算无人机高度信息的静压传感器、用于采集无人机空速信息的空速传感器以及用于采集无人机位置和速度信息的GPS模块，其中，GPS模块、IMU传感器和磁传感器的数据输出端分别与主控芯片的GPS采集信息输入端口、姿态信息输入端口、磁航向信息输入端口电连接，所述空速传感器和静压传感器分别与A/D转换芯片的速度信息输入端口和高度信息输入端口连接；所述控制子系统的主控芯片和A/D转换芯片通过电连接；所述主控芯片通过光纤与舵机相连接，所述主控芯片与数传电台双向通讯，与相应的端口电连接，主控芯片与存储单元为双向通讯，与相应的端口电连接。优选地，所述数传电台与地面站无线连接。优选地，所述主控芯片设有任务接口。优选地，所述主控芯片用于根据传感器单元采集的信息对无人机飞行控制进行运算，并通过光纤通讯向舵机输出决策控制指令的PWM信号，用于控制舵机转动的舵机控制信号。优选地，所述遥控接收机用于将接收到的PPM信号转换成PWM信号传输给主控芯片。优选地，所述存储单元对无人机姿态信息、高度信息和磁航向信息进行记录，并将记录到的信息传送至主控芯片。优选地，所述任务接口用于与相机、喷药设备等的连接。优选地，所述舵机包括副翼舵、升降舵、油门舵、方向舵、伞舱舵、襟翼舵等，通过接收主控芯片的输入的控制策略PWM信号来控制无人机姿态。优选地，所述IMU传感器包括三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器。本专利技术的优点：与现有的相关设备相比，本专利技术提供的基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，具有抗干扰能力强、抗腐蚀能力强、保密性好、可扩展能力好的特点；同时，本专利技术的无人机飞控系统具有良好的通用性，可用于农用小型固定翼无人机，又可应用于无人直升机。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明，但并不意味着对本专利技术保护范围的限制。附图说明图1是本专利技术基于光纤通讯的无人机飞行控制系统的结构示意图。主要附图标记：1主控芯片2光纤3A/D转换芯片4GPS模块5IMU传感器6磁传感器7空速传感器8静压传感器9遥控接收机10存储单元11数传电台12RS232芯片13任务接口14舵机具体实施方式缩略语说明：A/D：模数转换，顾名思义，就是把模拟信号转换成数字信号。IMU：惯性测量单元(inertialmeasurementunit)的缩写。GPS：英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称。PWM：PulseWidthModulation(脉冲宽度调制)的缩写，PWM＝脉宽调制，用调制信号控制脉冲序列中各脉冲的宽度，使每个脉冲的持续时间与该瞬时的调制信号值成比例。PPM＝脉位调制，用调制信号控制脉冲序列中各脉冲的相对位置(即相位)，使各脉冲的相对位置随调制信号变化。此时脉冲序列中脉冲的幅度和宽度均保持不变PID：在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。实施例1本专利技术的基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，包括光纤2及挂在光纤2上的控制子系统，所述控制子系统包括主控芯片1、A/D转换芯片3、GPS模块4、IMU传感器5、磁传感器6、空速传感器7、静压传感器8、遥控接收机9、存储单元10、数传电台11、RS232芯片12、任务接口13、舵机14；其中，GPS模块4的数据输出端与主控芯片1的GPS采集信息输入端口通过RS232芯片通信连接，IMU传感器5的数据输出端与主控芯片1的姿态信息输入端口电连接，磁传感器6的数据输出端与主控芯片1的磁航向信息输入端口电连接，空速传感器7的数据输出端与A/D转换芯片3的空速信息输入端口电连接，静压传感器8的数据输出端与A/D转换芯片3的高度信息输入端口电连接，遥控接收机9的数据输出端与主控芯片1的数据输入端口电连接，主控芯片1的模数信号输入端口与A/D转换芯片3的模数信号输出端口连接，主控芯片1与数传电台11为双向通讯，与相应的端口电连接，主控芯片1与存储单元10为双向通讯，与相应的端口电连接。主控芯片1用于根据各传感器输入信息对无人机飞行控制进行运算；A/D转换芯片3的模数转换单元用于对空速传感器7采集到的飞行过程中飞机相对空气的速度信号和静压传感器8采集到的用于计算空速的静压值信号进行模数转换；GPS模块4用于采集无人机的位置信息和速度信息；IMU传感器5用于采集无人机的姿态信息；磁传感器6用于采集无人机的磁航向信息；静压传感器8用于采集无人机的高度信息；存储单元10用于记录、存储无人机的姿态、速度、高度和飞行控制参数信息；RS232芯片12用于实现差分GPS和主控芯片1的通信；数传电台11用于向主控芯片1传输地面站通讯的数据和差分GPS修正的数据。主控芯片1用于根据各个传感器采集的信息对无人机飞行控制进行运算，并通过光纤2向舵机14输出决策控制指令的PWM信号，用于控制舵机14转动的舵机控制信号。存储单元10以20ms记录一次的速度对无人机姿态信息、高度信息和磁航向信息进行记录，并将记录到的信息传送至主控芯片，同时存储飞行控制的一些控制参数(包括：各个回路的PID参数)、控制附加参数(包括：转弯半径、航本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，其特征在于：包括舵机和通过光纤与之相连接的控制子系统，所述控制子系统包括主控芯片、A/D转换芯片、存储单元、RS232芯片、数传电台和传感器单元；所述传感器单元包括用于采集无人机姿态信息的IMU传感器、用于采集无人机磁航向信息的磁传感器、用于计算无人机高度信息的静压传感器、用于采集无人机空速信息的空速传感器以及用于采集无人机位置和速度信息的GPS模块，其中，GPS模块、IMU传感器和磁传感器的数据输出端分别与主控芯片的GPS采集信息输入端口、姿态信息输入端口、磁航向信息输入端口电连接，所述空速传感器和静压传感器分别与A/D转换芯片的速度信息输入端口和高度信息输入端口连接；所述控制子系统的主控芯片和A/D转换芯片通过电连接；所述主控芯片通过光纤与舵机相连接，所述主控芯片与数传电台双向通讯，与相应的端口电连接，主控芯片与存储单元为双向通讯，与相应的端口电连接。

【技术特征摘要】
1.基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，其特征在于：包括舵机和通过光纤与之相连接的控制子系统，所述控制子系统包括主控芯片、A/D转换芯片、存储单元、RS232芯片、数传电台和传感器单元；所述传感器单元包括用于采集无人机姿态信息的IMU传感器、用于采集无人机磁航向信息的磁传感器、用于计算无人机高度信息的静压传感器、用于采集无人机空速信息的空速传感器以及用于采集无人机位置和速度信息的GPS模块，其中，GPS模块、IMU传感器和磁传感器的数据输出端分别与主控芯片的GPS采集信息输入端口、姿态信息输入端口、磁航向信息输入端口电连接，所述空速传感器和静压传感器分别与A/D转换芯片的速度信息输入端口和高度信息输入端口连接；所述控制子系统的主控芯片和A/D转换芯片通过电连接；所述主控芯片通过光纤与舵机相连接，所述主控芯片与数传电台双向通讯，与相应的端口电连接，主控芯片与存储单元为双向通讯，与相应的端口电连接。2.根据权利要求1所述的基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，其特征在于：所述数传电台与地面站无线连接。3.根据权利要求2所述的基于光纤通讯的无人机飞行控制系统，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：董守田，苏中滨，许烁，尹思源，荀子扬，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23