基于多源信息融合的四旋翼无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多源信息融合的四旋翼无人机，包括GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、单片机模块电路；本发明专利技术采用由GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、单片机模块电路组合形成的空间定位控制系统，通过多种传感器信息融合的方式，既实现了对四旋翼无人机室外的高精度空间定位，使得即使四旋翼无人机在飞行过程中处于有风等较恶劣的空中环境之中，也能实现四旋翼无人机在空中的高精度定点悬停，又实现了对四旋翼无人机在室内、隧道以及高楼大厦林立的城市街区高精度的定位，并且定位精度可达±0.2米；该无人机的控制系统运行稳定，可靠性高，具有较高的应用价值。

Four rotor UAV Based on multi-source information fusion

【技术实现步骤摘要】
基于多源信息融合的四旋翼无人机
本专利技术涉及一种四旋翼无人机，尤其涉及一种基于多源信息融合的四旋翼无人机，具体来说是涉及一种微型的可实现高精度空间定位的基于多源信息融合的四旋翼无人机。
技术介绍
目前，市场上四旋翼无人机大部分采用的是GPS定位，操作人员通过遥控器手动调节控制四旋翼无人机的空间位置，在无风的环境中空间位置保持良好。当四旋翼无人机在有风的环境中飞行时，会受到风的干扰，导致四旋翼无人机偏离原来的空间位置。当风速较大时，四旋翼无人机可能偏离原定的位置更大，甚至无法实现定点悬停。当四旋翼无人机位于室内、隧道以及高楼大厦林立的城市街区时，接收不到有效的GPS信号，导致四旋翼无人机空间定位不准，四旋翼无人机无法实现定点悬停，或者悬停时空间位置误差较大。另外，采用GPS定位的方式，空间定位的精度在米级，在复杂的建筑环境或者室内环境中，米级的定位精度是不够的，需要厘米级的定位精度以保障四旋翼无人机在狭小的空间以高精度的轨迹飞行。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种采用由GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、单片机模块电路、电子调速器模块电路组合形成的空间定位控制系统实现高精度空间定位的基于多源信息融合的四旋翼无人机。为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：基于多源信息融合的四旋翼无人机，包括用于采集四旋翼无人机的GPS位置信息的GPS模块电路、用于采集四旋翼无人机所处环境的气压信息的气压传感器模块电路、用于采集四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息和三轴磁场信息的姿态传感器模块电路、用于采集四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息的UWB模块电路、用于对接收的信息进行信息处理并通过电子调速器模块电路控制无刷直流电机的单片机模块电路、为四旋翼无人机供电的电源模块电路，GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、电源模块电路分别与单片机模块电路连接，单片机模块电路、电子调速器模块电路、无刷直流电机依次电路连接；GPS模块电路对四旋翼无人机的GPS位置信息进行采集并将采集得到的GPS位置信息传输给单片机模块电路，气压传感器模块电路对四旋翼无人机所处环境的气压信息进行采集并将采集得到的气压信息传输给单片机模块电路，姿态传感器模块电路对四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息进行采集并将采集得到的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息传输给单片机模块电路，UWB模块电路对四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息进行采集并将100米范围内厘米级的空间定位信息传输给单片机模块电路，单片机模块电路分别对四旋翼无人机的GPS位置信息、气压信息、三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息、100米范围内厘米级的空间定位信息进行数据处理获得四旋翼无人机的当前位置信息，单片机模块电路依据四旋翼无人机的当前位置信息、目标位置信息确定四旋翼无人机的飞行轨迹，通过电子调速器模块电路分别控制四个无刷直流电机，从而控制四旋翼无人机飞行到目标位置。其中，气压传感器模块电路对四旋翼无人机所处环境的气压信息进行采集并将采集得到的气压信息传输给单片机模块电路，单片机模块电路对气压信息进行数据处理，得到四旋翼无人机所在位置的海拔高度信息；UWB模块电路和100米范围内的多个锚节点进行通信，通过定位算法得到四旋翼无人机的100米范围内的厘米级空间定位信息，然后将100米范围内的厘米级空间定位信息传输给单片机模块电路，单片机模块电路对厘米级空间定位信息进行数据处理；GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、电源模块电路、单片机模块电路、电子调速器模块电路、无刷直流电机均安装在四旋翼无人机上；通过GPS模块获得四旋翼无人机在飞行过程中的基本的经度、纬度和海拔高度信息，通过气压传感器获得四旋翼无人机在飞行过程中的海拔高度信息，通过姿态传感器获得四旋翼无人机在飞行过程中的三轴加速度、三轴角速度、三轴磁场信息，通过UWB模块获得四旋翼无人机在飞行过程中的100米范围内厘米级的空间定位信息，单片机采用信息融合算法对上述信息进行计算，可获得四旋翼无人机在室内、室外飞行过程中的高精度的空间位置信息；采用由GPS模块电路、气压传感器模块电路、姿态传感器模块电路、UWB模块电路、单片机模块电路、电子调速器模块电路组合形成的空间定位控制系统，通过多种空间定位与信息融合的方式，既实现了对四旋翼无人机室外的高精度空间定位，使得即使四旋翼无人机在飞行过程中处于有风等较恶劣的空中环境之中，也能实现四旋翼无人机在空中的定点悬停，又实现了对四旋翼无人机在室内、隧道以及高楼大厦林立的城市街区高精度的定位，并且定位精度可达±0.2米。作为优选，还包括与单片机模块电路连接的NRF24L01模块电路，四旋翼无人机通过NRF24L01模块电路与控制中心进行无线通信。其中，控制中心设在地面上；NRF24L01模块为安装在四旋翼无人机上的无线通信模块，四旋翼无人机通过NRF24L01模块与地面控制中心建立无线通信连接，实现了地面控制中心能实时监控四旋翼无人机的飞行状态。作为优选，单片机模块电路包括单片机U1和作为单片机U1的调试接口插座P5，单片机U1的第17引脚、第39引脚、第52引脚、第62引脚、第72引脚、第84引脚、第95引脚、第108引脚、第121引脚、第131引脚、第144引脚分别连接到电源+3.3V，单片机U1的第16引脚、第38引脚、第51引脚、第61引脚、第71引脚、第83引脚、第94引脚、第107引脚、第120引脚、第130引脚、第143引脚分别连接到电源地；单片机U1的第34引脚经电阻R5与发光二极管D3的阴极相连，发光二极管D3的阳极与电源+3.3V相连；单片机U1的第35引脚经电阻R8与发光二极管D4的阴极相连，发光二极管D4的阳极与电源+3.3V相连；单片机U1的第105引脚与调试接口插座P5的第2引脚相连，单片机U1的第109引脚与调试接口插座P5的第3引脚相连，调试接口插座P5的第1引脚连接到电源+3.3V，调试接口插座P5的第4引脚接地；单片机U1的第48引脚经过电阻R9后接地；单片机U1的第138引脚经过电阻R7后接地；电容C6、电容C7并联后的一端与单片机U1的第30引脚相连，电容C6、电容C7并联后的另一端与单片机U1的第33引脚相连，且单片机U1的第30引脚连接到模拟地VSSA，单片机U1的第33引脚连接到模拟电源+3.3V；单片机U1的第31引脚连接到模拟地VSSA；单片机U1的第32引脚连接到模拟电源+3.3V；电阻R3、电容C5与单片机U1的第25引脚相连，电阻R3的另一端连接到电源+3.3V，电容C5的另一端接地；按键S5的一端与单片机U1的第25引脚相连，另一端接地；单片机U1的第23引脚、第24引脚之间跨接一个晶振Y1，且单片机U1的第23引脚经电容C3后接地，单片机U1的第24引脚经电容C4后接地；按键S1的一端与单片机U1的第1引脚相连，另一端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：包括用于采集四旋翼无人机的GPS位置信息的GPS模块电路(6)、用于采集四旋翼无人机所处环境的气压信息的气压传感器模块电路(7)、用于采集四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息和三轴磁场信息的姿态传感器模块电路(8)、用于采集四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息的UWB模块电路(1)、用于对接收的信息进行信息处理并通过电子调速器模块电路(5)控制无刷直流电机(4)的单片机模块电路(3)、为四旋翼无人机供电的电源模块电路(2)，GPS模块电路(6)、气压传感器模块电路(7)、姿态传感器模块电路(8)、UWB模块电路(1)、电源模块电路(2)分别与单片机模块电路(3)连接，单片机模块电路(3)、电子调速器模块电路(5)、无刷直流电机(4)依次电路连接；GPS模块电路(6)对四旋翼无人机的GPS位置信息进行采集并将采集得到的GPS位置信息传输给单片机模块电路(3)，气压传感器模块电路(7)对四旋翼无人机所处环境的气压信息进行采集并将采集得到的气压信息传输给单片机模块电路(3)，姿态传感器模块电路(8)对四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息进行采集并将采集得到的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息传输给单片机模块电路(3)，UWB模块电路(1)对四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息进行采集并将100米范围内厘米级的空间定位信息传输给单片机模块电路(3)，单片机模块电路(3)分别对四旋翼无人机的GPS位置信息、气压信息、三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息、100米范围内厘米级的空间定位信息进行数据处理并获得四旋翼无人机的当前位置信息，单片机模块电路(3)依据四旋翼无人机的当前位置信息、目标位置信息确定四旋翼无人机的飞行轨迹，通过电子调速器模块电路(5)分别控制四个无刷直流电机(4)，从而控制四旋翼无人机飞行到目标位置。/n...

【技术特征摘要】
1.基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：包括用于采集四旋翼无人机的GPS位置信息的GPS模块电路(6)、用于采集四旋翼无人机所处环境的气压信息的气压传感器模块电路(7)、用于采集四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息和三轴磁场信息的姿态传感器模块电路(8)、用于采集四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息的UWB模块电路(1)、用于对接收的信息进行信息处理并通过电子调速器模块电路(5)控制无刷直流电机(4)的单片机模块电路(3)、为四旋翼无人机供电的电源模块电路(2)，GPS模块电路(6)、气压传感器模块电路(7)、姿态传感器模块电路(8)、UWB模块电路(1)、电源模块电路(2)分别与单片机模块电路(3)连接，单片机模块电路(3)、电子调速器模块电路(5)、无刷直流电机(4)依次电路连接；GPS模块电路(6)对四旋翼无人机的GPS位置信息进行采集并将采集得到的GPS位置信息传输给单片机模块电路(3)，气压传感器模块电路(7)对四旋翼无人机所处环境的气压信息进行采集并将采集得到的气压信息传输给单片机模块电路(3)，姿态传感器模块电路(8)对四旋翼无人机的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息进行采集并将采集得到的三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息传输给单片机模块电路(3)，UWB模块电路(1)对四旋翼无人机的100米范围内厘米级的空间定位信息进行采集并将100米范围内厘米级的空间定位信息传输给单片机模块电路(3)，单片机模块电路(3)分别对四旋翼无人机的GPS位置信息、气压信息、三轴加速度信息、三轴角速度信息、三轴磁场信息、100米范围内厘米级的空间定位信息进行数据处理并获得四旋翼无人机的当前位置信息，单片机模块电路(3)依据四旋翼无人机的当前位置信息、目标位置信息确定四旋翼无人机的飞行轨迹，通过电子调速器模块电路(5)分别控制四个无刷直流电机(4)，从而控制四旋翼无人机飞行到目标位置。


2.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：还包括与单片机模块电路(3)连接的NRF24L01模块电路(9)，四旋翼无人机通过NRF24L01模块电路(9)与控制中心(10)进行无线通信。


3.根据权利要求1或2所述的基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：单片机模块电路(3)包括单片机(U1)和作为单片机(U1)的调试接口插座(P5)，单片机(U1)的第17引脚、第39引脚、第52引脚、第62引脚、第72引脚、第84引脚、第95引脚、第108引脚、第121引脚、第131引脚、第144引脚分别连接到电源+3.3V，单片机(U1)的第16引脚、第38引脚、第51引脚、第61引脚、第71引脚、第83引脚、第94引脚、第107引脚、第120引脚、第130引脚、第143引脚分别连接到电源地；单片机(U1)的第34引脚经电阻(R5)与发光二极管(D3)的阴极相连，发光二极管(D3)的阳极与电源+3.3V相连；单片机(U1)的第35引脚经电阻(R8)与发光二极管(D4)的阴极相连，发光二极管(D4)的阳极与电源+3.3V相连；单片机(U1)的第105引脚与调试接口插座(P5)的第2引脚相连，单片机(U1)的第109引脚与调试接口插座(P5)的第3引脚相连，调试接口插座(P5)的第1引脚连接到电源+3.3V，调试接口插座(P5)的第4引脚接地；单片机(U1)的第48引脚经过电阻(R9)后接地；单片机(U1)的第138引脚经过电阻(R7)后接地；电容(C6)、电容(C7)并联后的一端与单片机(U1)的第30引脚相连，电容(C6)、电容(C7)并联后的另一端与单片机(U1)的第33引脚相连，且单片机(U1)的第30引脚连接到模拟地VSSA，单片机(U1)的第33引脚连接到模拟电源+3.3V；单片机(U1)的第31引脚连接到模拟地VSSA；单片机(U1)的第32引脚连接到模拟电源+3.3V；电阻(R3)、电容(C5)与单片机(U1)的第25引脚相连，电阻(R3)的另一端连接到电源+3.3V，电容(C5)的另一端接地；按键(S5)的一端与单片机(U1)的第25引脚相连，另一端接地；单片机(U1)的第23引脚、第24引脚之间跨接一个晶振(Y1)，且单片机(U1)的第23引脚经电容(C3)后接地，单片机(U1)的第24引脚经电容(C4)后接地；按键(S1)的一端与单片机(U1)的第1引脚相连，另一端接地；按键(S2)的一端与单片机(U1)的第2引脚相连，另一端接地；按键(S3)的一端与单片机(U1)的第3引脚相连，另一端接地；按键(S4)的一端与单片机(U1)的第4引脚相连，另一端接地；电源+3.3V与模拟电源+3.3V之间连接有电阻(R4)；电阻(R6)一端连接到数字地GND，另一端连接到模拟地VSSA。


4.根据权利要求3所述的基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：GPS模块电路(6)包括接口插座(P3)，接口插座(P3)的第1引脚连接到电源+3.3V，接口插座(P3)的第2引脚与单片机(U1)的第36引脚相连，接口插座(P3)的第3引脚与单片机(U1)的第37引脚相连，接口插座(P3)的第6引脚连接到电源地。


5.根据权利要求4所述的基于多源信息融合的四旋翼无人机，其特征在于：气压传感器模块电路(7)包括芯片(U4)，芯片(U4)的第1引脚与第10引脚相连之后再与电源+3.3V相连，芯片(U4)的第3引脚、第8引脚、第9引脚相连之后再接地，芯片(U4)的第2引脚与单...

【专利技术属性】
技术研发人员：许森，王金铭，陈友荣，尉理哲，刘半藤，任条娟，王章权，
申请(专利权)人：浙江树人学院浙江树人大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33