一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。本发明专利技术实现太阳能的四旋翼无人飞行器的飞行控制，具有四旋翼无人飞行器飞行方便、太阳能效率高、地面监测便捷，能产生很好的经济和社会效益，具有很强的使用价值。

Control system of a solar powered four rotor UAV

The invention discloses a control system of a solar powered four rotor UAV, including a wireless communication module, a solar powered device, a monitoring system, a motor drive module, a motion controller, a sensor, an attitude controller, a flight attitude detection module, a USB interface device, a frame, a wing and a position detection module; the left end of the attitude controller is respectively connected with the sensor , the flight attitude detection module is connected, the USB interface device is connected with the host computer, the solar four rotor UAV waits for the command of the host computer, when it gets the take-off command, it starts to take off by turning the wing; during the flight process, it collects the attitude data and processing in real time, and finally controls the flight attitude of the aircraft to make the flight stable. The invention realizes the flight control of the four rotor UAV with solar energy, has the advantages of convenient flight, high solar energy efficiency, convenient ground monitoring, good economic and social benefits and strong use value.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统
本专利技术涉及太阳能技术、无人飞行器技术、传感器技术、自动控制的
，更具体的说，涉及一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统。
技术介绍
四旋翼无人飞行器是一种可垂直起降(VTOL)的多旋翼飞行器，其四只旋翼可以产生相互抵消的反扭力矩，不需要复杂的机械结构。四旋翼无人飞行器的两个翼杆相互垂直;这使得其在运动中不会产生结构的形变等；在四个旋翼杆的末端分别布设一个电机，以逆时针方向命名。奇数命名的电机以逆时针方向旋转，而偶数命名的电机以顺时针旋转，使得四旋翼无人飞行器在飞行时，其产生的陀螺效应与空气动力扭矩效应能够有效消弱。同时，四旋翼无人飞行器通过调节各个旋翼上布设的电机的转速完成三个方向上的线位移和航向角、俯仰角、横滚角以及水平转动的基本运动状态。这些主要运动状态的改变是利用四个翼杆上电机产生的升力大小来实现。四旋翼无人飞行器续航能力提高的研究涉及到多学科，从目前的国内外研究来看，四旋翼无人飞行器的动力装置应用传统能源研究较为全面细致，但涉及太阳能新能源应用的研究比较少。在四旋翼无人飞行器研究与应用中，其续航能力的受到多种因素的制约，不同的动力供给系统对续航能力的影响不同。因而，本研究着眼于此，选取典型的单晶硅太阳能片作为能源供给装置，以通用的单晶硅太阳能片作为主要研究对象，这主要是由于单晶硅太阳能片具有体积小、重量轻、转换效率高等优点，适合于四旋翼无人飞行器降低自身的重量。通过力学分析搭配科学的构架探索，建立太阳能四旋翼无人飞行器模型，其研究具有重要的应用价值。<br>用于民用型的自主四旋翼无人飞行器可执行灾情调查救援任务如水灾、火灾、地震等；喷洒农田、林区农药；监测化工厂等危险场所的危险气体的浓度；巡查输油管线、输电线路；连续监控重要的设施；区域性空－地、空－海通讯中继；当对特定地区进行日常环境监测的时候，用这种飞行器来执行也很方便和高效，自主巡查完后可以自动返回目的地并自动记录下存储的数据，大大减少了人力成本。据报道自2010年9月起，为了提高输电线路的巡检水平，江西省电力公司采用了无人机航巡输电线路，对输电线路本体缺陷、通道隐患进行快速探测，在各种地形复杂、气候恶劣的不利条件下，在第一时间里准确、及时、高效地取得现场资料。随着MEMS传感器、无刷电机、单片机以及锂电池技术的发展，四旋翼飞行器现在已经成为航模界的后起之秀。与固定翼飞行器相比之下四旋翼飞行器具有结构简单，控制起来非常方便，能够垂直起降，成本非常的低、稳定性也高，机动性非常强等特点。在民用可以代替有人机完成一些任务，在军事上有很强的战场生存能力。因此在这些领域应用广泛，如军事侦查、农林业调查、灾害检测、输电线巡查、玩具航模、航拍、气象探测等。四旋翼飞行器的飞行原理虽然简单，但是涉及到的知识面非常的广，四旋翼飞行器姿态控制系统进行更深入的研究，它的研究将推动中国四旋翼飞行器的研究发展，为四旋翼飞行器在环境保护、气象、火灾、侦查追踪等民用和军用领域实现产业化作出突出贡献。廉价并且高性能的飞行器的研究将会拥有巨大的经济效益，能够对我国的科研事业起到巨大的推动作用。以往的四旋翼无人飞行器的控制系统存在以下一些以下缺点：（一）、以往的四旋翼无人飞行器的控制系统没有采用无线通信模块、太阳能供电装置、监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块，飞行的能力不强；（二）、以往的四旋翼无人飞行器的控制系统，需要人工监控操作飞行器时费力；（三）、以往的四旋翼无人飞行器的控制系统没有采用监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块，飞行的效率不高；（四）、以往的四旋翼无人飞行器的控制系统没有采用太阳能供电装置，更没有采用锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块，不能进行太阳能的供电；（五）、以往的四旋翼无人飞行器的控制系统，实用不性强，不能节省了人力，生产效率较低，更不能够产生很好的经济效益和社会效益。
技术实现思路
本专利技术是为了克服上述不足，给出了一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统。本专利技术的技术方案如下：一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控系统相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制系统的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的电机驱动模块包括1#电机、2#电机、3#电机、4#电机。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的1#电机、2#电机、3#电机、4#电机分别安装在1#机翼的末端、2#机翼的末端、3#机翼的末端、4#机翼的末端，用于控制1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼四个机翼的不同旋转方向。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的太阳能供电装置包括锂电池、充电控制模块、太阳能电池板、供电管理模块。作为本专利技术的一种优选技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，其特征在于：包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100 中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控系统相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；/n所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制系统的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，其特征在于：包括无线通信模块、太阳能供电装置、监控系统、电机驱动模块、运动控制器、传感器、姿态控制器、飞行姿态检测模块、USB接口装置、机架、机翼、位置检测模块；所述的机翼包括1#机翼、2#机翼、3#机翼、4#机翼；所述的传感器包括压力传感器、姿态传感器、加速度传感器；所述的运动控制器采用TMS320BC51PQ100，所述的运动控制器，还使用无线通信模块实时交换太阳能的四旋翼无人飞行器的信息，同时也利用传感器进行快速采集飞行的数据，将采集得到的数据输入到TMS320BC51PQ100中，对数据融合滤波处理后完成实时控制飞行器姿态；所述的运动控制器的上端与太阳能供电装置、监控系统相连接，所述的运动控制器的左端与无线通信模块相连接，所述的运动控制器的右端与电机驱动模块相连接；
所述的姿态控制器采用STM32FI034H6ATR，用于控制四旋翼无人飞行器的控制系统的姿态运动轨迹及控制过程；所述的姿态控制器的上端与运动控制器相连接，所述的姿态控制器的左端分别与传感器、飞行姿态检测模块相连接，所述的姿态控制器的右端与位置检测模块相连接，所述的姿态控制器的下端分别与USB接口装置、机架、机翼相连接，所述的USB接口装置与上位机相连接，太阳能四旋翼无人飞行器等待上位机命令，当得到起飞命令后，转动机翼开始起飞；飞行过程中，实时采集姿态数据与处理，最后对飞行器飞行姿态进行控制使得平稳飞行。


2.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，其特征在于：
所述的无线通信模块包括WIFI无线通信模块、遥控数据传输模块、图像传输模块；
所述的WIFI无线通信模块包括WIFI无线发射模块、WIFI无线接收模块，用于接收和发射无线模块；
所述的遥控数据传输模块设有远红外线遥控器，用于远程控制太阳能的四旋翼无人飞行器的信息；
所述的图像传输模块包括摄像头1、摄像头2、摄像头3，所述的摄像头1、摄像头2、摄像头3分别安装在太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上、太阳能的四旋翼无人飞行器的机架上的左机翼上、太阳能的四旋翼无人飞行器的右机翼上，用于采集太阳能的四旋翼无人飞行器的控制信息。


3.如权利要求1所述的一种太阳能的四旋翼无人飞行器的控制系统，其特征在于：
所述的电机驱动模块包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万军，
申请(专利权)人：张万军，
类型：发明
国别省市：陕西;61