一种低维飞行器芯片微系统、制备及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种低维飞行器芯片微系统、制备及控制方法，涉及无人机导航飞控及微机电领域，低维飞行器芯片微系统包括：飞行器基板、飞行控制微处理器、飞行状态监测模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述飞行控制微处理器集成在所述飞行器基板上；所述飞行状态监测模块、所述控制模块、所述数据存储模块和所述通信模块均与所述飞行控制微处理器连接。本发明专利技术能够缩小微型飞控系统硬件的体积和重量，适用低维微型固定翼飞行器向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。可靠方向发展的需要。可靠方向发展的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种低维飞行器芯片微系统、制备及控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机导航飞控及微机电领域，特别是涉及一种低维飞行器芯片微系统、制备及控制方法。

技术介绍

[0002]微型飞行器由于尺寸小，可在人们无法到达的环境恶劣或空间狭小的区域执行任务。可以用于化学取样、环境监测、管道检查、通信中继甚至外星表面探测等。对于将方向舵、升降舵和副翼的功能融为平面一体的低维度微型固定翼飞行器而言，实现了襟副翼同时控制航向、俯仰和滚转运动。因此在非定常大气扰动作用下，微型飞行器姿态稳定控制与导航都不同于常规问题。然而重量及飞行控制限制了其性能的进一步提升，所以核心飞控应是有效载荷的高度集成和各种功能模块之间的最小限度集成，同时针对操稳特性增加的增稳控制微系统。
[0003]有的现有技术以分功能独立PCB电路板设计方式，提高元件与电路布局的集成度实现飞控系统的微型化设计，但是该系统是将各功能模块进行组装、拼接，整体重量偏重，由于微型飞行器体积小，其机体容量和承载重量均受到很大限制，传统的设计架构和制造模式，完全不能适应微小型无人机的发展需求。
[0004]还有的现有技术总体上采用微系统技术设计制作，导航飞控微系统以LTCC为结构体，同时内部进行高密度、多层布线，LTCC上高精度三维立体集成多种导航源传感器、导航解算CPU、飞行控制CPU、导航电路、飞行控制电路等，但是该导航微系统所使用的硬件技术方案为三维立体结构体器件，对低维飞行器而言，不但增大了全机浸润面积，使摩擦阻力、干扰阻力和基于流场的压差阻力等增加，破坏了低维飞行器气动性，更进一步的三维飞行器所采用的飞行控制算法独立操纵舵面，不能适用于舵面耦合严重的翼身融合平面布局，因此对低维微型飞行器飞控微系统提出了新的挑战。
[0005]在完成同样的飞行任务和承受同样大小载荷的情况下，翼身融合体低维布局尺寸最小，与此同时也给飞控硬件和软件系统带来更大的困难与挑战。传统飞控微系统进一步增加了飞行器总体重量，导致微型飞行器携带载荷能力较差，飞行性能较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种低维飞行器芯片微系统、制备及控制方法，以缩小微型飞控系统硬件的体积和重量，适用低维微型固定翼飞行器向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种低维飞行器芯片微系统，包括：飞行器基板、飞行控制微处理器、飞行状态监测模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述飞行控制微处理器集成在所述飞行器基板上；所述飞行状态监测模块、所述控制模块、所述数据存储模块和所述通信模块均与所述飞行控制微处理器连接。
[0008]可选地，所述飞行状态监测模块包括3轴陀螺仪、3轴加速度计、气压传感器、GPS模块、3轴数字罗盘和电池电压检测模块；所述气压传感器、所述3轴陀螺仪和所述3轴加速度计均通过SPI接口与所述飞行控制微处理器连接；所述GPS模块通过第一串口与所述飞行控制微处理器连接；所述3轴数字罗盘通过IIC接口与所述飞行控制微处理器连接；所述电池电压检测模块通过ADC接口与所述飞行控制微处理器连接。
[0009]可选地，所述控制模块包括舵机控制模块和电机控制模块；所述舵机控制模块通过PWM输出接口与所述飞行控制微处理器连接；所述电机控制模块通过电机驱动接口与所述飞行控制微处理器连接。
[0010]可选地，所述通信模块包括915数传无线通信模块和遥感信号解码模块；所述915数传无线通信模块通过第三串口与所述飞行控制微处理器连接；所述遥感信号解码模块通过第二串口与所述飞行控制微处理器连接。
[0011]可选地，所述低维飞行器芯片微系统还包括与所述飞行控制微处理器连接的电源模块；所述电源模块用于为所述飞行控制微处理器提供电能。
[0012]本专利技术还提供一种低维飞行器芯片微系统制备方法，所述低维飞行器芯片微系统制备方法用于制备上述任意一项所述的低维飞行器芯片微系统，所述低维飞行器芯片微系统制备方法包括：将单芯片粘贴到飞行器基板上并对单芯片进行研磨；所述单芯片包括飞行控制微处理器、飞行状态监测模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；将粘贴了单芯片的飞行器基板与多层薄膜柔板进行粘贴，得到芯片柔板电极；在盘带上刻蚀引线图形并根据所述引线图形形成引线框架；在所述芯片柔板电极上制作凸点并根据所述凸点将所述芯片柔板电极和所述引线框架焊接得到盘带状引线框架；对单芯片进行冲切分离，得到梁式引线器件；将所述梁式引线器件与所述飞行器基板粘接，得到低维飞行器芯片微系统。
[0013]可选地，所述盘带包括聚脂膜和设置在所述聚脂膜上的铜箔。
[0014]本专利技术还提供一种低维飞行器芯片微系统控制方法，所述低维飞行器芯片微系统控制方法应用于上述任意一项所述的低维飞行器芯片微系统，所述低维飞行器芯片微系统控制方法包括：获取传感器数据；所述传感器数据包括3轴陀螺仪数据、3轴加速度计数据、气压传感器数据、GPS模块数据、3轴数字罗盘数据和电池电压数据；根据所述传感器数据进行位置和姿态预估，得到飞行器的状态信息；根据所述状态信息进行PID控制，得到控制器输出指令。
[0015]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的低维飞行器芯片微系统，包括：飞行器基板、飞行控制微处理器、飞行状态监测模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述飞行控制微处理器集成在所述飞行器基板上；所述飞行状态监测模块所述控制模块、所述数据存储模块和所述通信模块均与所述飞行控制微处理器连接。通过集成实现缩小微型飞控系统硬件的体积和重量，适用低维微型固定翼飞行器向高密度、小型化、高可靠方向发展的需要。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术提供的低维飞行器芯片微系统结构示意图；图2为本专利技术提供的低维飞行器芯片微系统总体图；图3为本专利技术提供的飞行控制微处理器示意图；图4为MEMS传感器示意图；图5为SD卡示意图；图6为915数传无线通信模块示意图；图7为电源模块示意图；图8为飞行控制栈框图；图9为姿态控制策略图。
[0018]符号说明：1
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飞行控制微处理器，2
‑
数据存储模块，3
‑
飞行状态监测模块，4
‑
3轴陀螺仪，5
‑
3轴加速度计，6
‑
气压传感器，7
‑
GPS模块，8
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3轴数字罗盘，9
‑
电池电压检测模块，10
‑
915数传无线通信模块，11
‑
遥感信号解码模块，12
‑
舵机控制模块，13
‑
电源模块，14
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低维飞行器芯片微系统，其特征在于，包括：飞行器基板、飞行控制微处理器、飞行状态监测模块、控制模块、数据存储模块和通信模块；所述飞行控制微处理器集成在所述飞行器基板上；所述飞行状态监测模块、所述控制模块、所述数据存储模块和所述通信模块均与所述飞行控制微处理器连接。2.根据权利要求1所述的低维飞行器芯片微系统，其特征在于，所述飞行状态监测模块包括3轴陀螺仪、3轴加速度计、气压传感器、GPS模块、3轴数字罗盘和电池电压检测模块；所述气压传感器、所述3轴陀螺仪和所述3轴加速度计均通过SPI接口与所述飞行控制微处理器连接；所述GPS模块通过第一串口与所述飞行控制微处理器连接；所述3轴数字罗盘通过IIC接口与所述飞行控制微处理器连接；所述电池电压检测模块通过ADC接口与所述飞行控制微处理器连接。3.根据权利要求1所述的低维飞行器芯片微系统，其特征在于，所述控制模块包括舵机控制模块和电机控制模块；所述舵机控制模块通过PWM输出接口与所述飞行控制微处理器连接；所述电机控制模块通过电机驱动接口与所述飞行控制微处理器连接。4.根据权利要求1所述的低维飞行器芯片微系统，其特征在于，所述通信模块包括915数传无线通信模块和遥感信号解码模块；所述915数传无线通信模块通过第三串口与所述飞行控制微处理器连接；所述遥感信号解码模块通过第二串口与所述飞行控制微处理器连接。5.根据权利要求1所述的低维飞行器芯片微系统，其特征在于，还包括与所述飞行控制微处理器连接的电源模块；所述电源模块用...

【专利技术属性】
技术研发人员：申强，王定玲，杨时洪，毕腾飞，常洪龙，白俊强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：