一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置。本实用新型专利技术包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块。无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源。本实用新型专利技术集机身姿态控制、飞行高度检测、无线收发等功能于一体，机体飞行具有可靠稳定性与操控性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置
本技术属于信号检测
，涉及一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置。
技术介绍
四桨、非共轴多旋翼飞行器，简称四轴飞行器，是典型的并且完全利用电子控制手段取代机械控制手段的飞行器之一。四轴飞行器以电机带动旋翼作为驱动形式，其空气动力学原理与传统固定翼飞行器及基于桨距控制的直升机系统在动力来源和姿态控制两方面有很大区别。四轴飞行器彻底抛弃了传统飞行器复杂的机械控制部件，采用微传感器及微处理器构成的飞行控制系统，相当程度上简化了飞行器结构和重量，也降低了制造成本及装配难度。除此以外，其独特的空气动力学原理也使之具备了垂直起降能力，能够轻松驾驭在此之前其他类型飞行器难以完成的任务。正是由于在隐蔽性、垂直起降、定点悬停和低速飞行等方面四轴飞行器所体现出的强大优势，因而在军事领域和民用领域都显示出了极高的研究和应用价值，已经成为目前最有潜力的微型飞行器之一。但与此同时，四轴旋翼飞行器具有非线性、强耦合、极为复杂和特殊的动力学特性和飞行姿态，等一系列特性，加上旋翼的弹性形变、振动、机身自旋等问题，也成为该驱动方式需要克服的。贯流风机，又称横流风机，是一类特殊风机，叶轮为多叶式、长圆筒形，具有前向多翼形叶片，具有结构简单、体积小、产生的气流平稳、动压系数较高等特点，近来被广泛应用于家用电器和空调设备等低压通风换气的场合。贯流风机相比于旋翼作为驱动方式拥有多项优势:由于轴向长度不受限制，可以根据不同的使用需要任意选择叶轮的长度，调整动力；气流贯穿叶轮流动，受叶片两次力的作用，因而能到达的距离更远；无紊流，出风均匀；风道既能保护叶片，也防止飞行中叶片伤人。目前国外诸多高校、研究团体和商业机构主要对多旋翼飞行器及其应用进行大量密集的研究和探索，如美国的宾夕法尼亚大学、斯坦福大学、麻省理工学院都拥有自主研发的四轴飞行器。以手机周边无线产品著名的美国Parrot公司更是推出了 Ar Drone:这是一款操作简单，容易上手，支持iPod touch/iPhone/iPad遥控的四螺旋桨直升机。而与形成鲜明对比的是，我国无论在科研还是商业领域都鲜有关于多旋翼飞行器报道，甚至市面上的飞行器控制板也多是针对航空模型爱好者的多旋翼四轴飞行器。它们大多使用了低成本、低精度传感器，难以达到专业惯性制导单元的精度和可靠性，因而在抗外力扰动、操控性等方面无法满足实际要求。同时，这些产品往往不具备或只具备极为简单的导航方式，仅能在肉眼的可视范围内使用手动遥控控制飞行，还远未达到具有商用和军事价值的程度。
技术实现思路
本技术针对现有四轴飞行器控制装置对贯流风机驱动的控制以及不足，提供了一种平衡稳定控制装置。本技术解决技术问题所采取的技术方案为:—种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口 /SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块。无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口 /SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源。所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容C10、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BTl ;第四电阻R4 —端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚B00T1相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻RlO —端与数字地DGND相连,另一端与第一微处理器U3的60脚Β00Τ0相连；第十三电阻R13 —端与第一微处理器U3的5脚0SC-1N、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连，另一端与第一微处理器U3的6脚0SC-0UT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9 一端与第一微处理器U3的4脚0SC32-0UT、第一晶振Yl的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容ClO —端与第一微处理器U3的3脚0SC32-1N、第一晶振Yl的另一端相连,另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND ;第十六电容C16的另一端与数字地⑶ND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BTl —端与第一微处理器U3的I脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U3的型号是STM32F103RCT6。所述机身 姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块。机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一Z轴向固定接口 U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三^^一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48 ;第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的I端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连,另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro-CHl、第三^ 电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单元U9的I脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连,另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三i^一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置，包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块，其特征在于：无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源；所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容C10、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BT1；第四电阻R4一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚BOOT1相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻R10一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的60脚BOOT0相连；第十三电阻R13一端与第一微处理器U3的5脚OSC?IN、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连，另一端与第一微处理器U3的6脚OSC?OUT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9一端与第一微处理器U3的4脚OSC32?OUT、第一晶振Y1的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容C10一端与第一微处理器U3的3脚OSC32?IN、第一晶振Y1的另一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND；第十六电容C16的另一端与数字地GDND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BT1一端与第一微处理器U3的1脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U3的型号是STM32F103RCT6；所述机身姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块；机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一Z轴向固定接口U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48；第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的1端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连，另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro?CH1、第三十一电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单元U9的1脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连，另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三十一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单元U9的4脚OUT相连；第二角速度检测单元U11的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第二角速度检测单元U11的2脚GND端与模拟地A...

【技术特征摘要】
1.一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置，包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口 /SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块，其特征在于:无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口 /SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源； 所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容CIO、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BTl ;第四电阻R4 —端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚BOOTl相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连， 另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻RlO —端与数字地DGND相连,另一端与第一微处理器U3的60脚Β00Τ0相连；第十三电阻R13 —端与第一微处理器U3的5脚0SC-1N、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连,另一端与第一微处理器U3的6脚0SC-0UT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9 一端与第一微处理器U3的4脚0SC32-0UT、第一晶振Yl的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容ClO —端与第一微处理器U3的3脚0SC32-1N、第一晶振Yl的另一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND ;第十六电容C16的另一端与数字地⑶ND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BTl —端与第一微处理器U3的I脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器 U3 的型号是 STM32F103RCT6 ； 所述机身姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块； 机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一 Z轴向固定接口 U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三^^一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48 ;第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的I端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连，另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro-CHl、第三^ 电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单兀U9的I脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连,另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三i^一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单元U9的4脚OUT相连； 第二角速度检测单元Ull的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第二角速度检测单元Ull的2脚GND端与模拟地AGND相连；第二十三电阻R23的一端与第一双运算放大器U7的7端、第二十五电阻R25的一端、第三十九电容C39的一端相连,另一端与第一微处理器U3的22脚Gyix)-CH2、第三十八电容C38的一端相连；第二十四电阻R24的一端与第二角速度检测单元Ull的I脚Vref、第二十六电阻R26的一端、第四十电容C40的一端相连,另一端与第一双运算放大器U7的5端、第三十七电容C37的一端相连；第二十五电阻R25的另一端与第一双运算放大器U7的6端、第二十六电阻R26的另一端相连；第三十七电容C37的另一端与第二角速度检测单元Ull的4脚OUT相连；第四十电容C40的另一端、第三十八电容C38的另一端均与模拟地AGND相连； 第三角速度检测单元U13的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第三角速度检测单元U13的2脚GND端与模拟地AGND相连；第三十七电阻R37的一端与第二运算放大器U14的I端、第四十电阻R40的一端、第 四十七电容C47的一端相连,另一端与第一微处理器U3的23脚Gyix)-CH3、第四十六电容C46的一端相连；第三十八电阻R38的一端与第三角速度检测单元U13的I脚Vref、第三十九电阻R39的一端、第四十八电容C48的一端相连，另一端与第二运算放大器U14的3端、第四十五电容C45的一端相连；第四十电阻R40的另一端与第二运算放大器U14的2端、第三十九电阻R39的另一端、第四十七电容C47的另一端相连；第四十五电容C45的另一端与第三角速度检测单元U13的4脚OUT相连；第四十六电容C46的另一端与模拟地AGND相连；第四十八电容C48的另一端与模拟地AGND相连； 第一 Z轴向固定接口 U12的I端与+5V电源相连；第一 Z轴向固定接口 U12的2端与模拟地AGND相连；第一 Z轴向固定接口 U12的3端与模拟电源AVCC相连；第一 Z轴向固定接口 U12的4端与第一微处理器U3的23脚Gyix)-CH3相连；所述的第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元Ul I和第三角速度检测单元U13的型号均是ENC-03，第一双运算放大器U7和第二双运算放大器U14的型号均是LMP358AN ； 机身三轴倾角检测模块包括第一倾角加速度检测单元U6 ;第一倾角加速度检测单元U6的6脚5V端与+5V电源相连；第一倾角加速度检测单元U6的8脚GND端与模拟地AGND相连；第一倾角加速度检测单元U6的I脚Xout端、2脚Yout端和3脚Zout端分别与第一微处理器U3的15脚Acce-X、16脚Acce-Y和17脚Acce-Z相连；第一倾角加速度检测单元U6的4脚SL端与第一微处理器U3的11脚Acce-GS2相连；第一倾角加速度检测单元U6的5脚OG端与第一微处理器U3的10脚Acce-OG相连；第一倾角加速度检测单元U6的10脚ST端与第一微处理器U3的9脚Acce-GSl相连；第一倾角加速度检测单元U6的9脚GS端与第一微处理器U3的8脚Acce-MODE相连；第一倾角加速度检测单元U6的7脚3.3V端悬空；所述的第一倾角加速度检测单元U6的型号是MMA7361 ； 所述飞行高度检测模块包括数字气压传感器U10、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22 ;第二i^一电阻R21 —端与数字电源DVCC相连，另一端与数字气压传感器UlO的7脚SDA、第一微处理器U3的30脚SDA端相连；第二十二电阻R22 —端与数字电源DVCC相连，另一端与数字气压传感器Uio的6脚SCL、第一微处理器U3的29脚SCL端相连；数字气压传感器UlO的I脚GND端与模拟地AGND相连；数字气压传感器UlO的2脚EOC端与第一微处理器U3的24脚Altimeter-EOC相连；数字气压传感器UlO的3脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；数字气压传感器UlO的4脚VDDD端与数字电源DVCC相连；数字气压传感器UlO的8脚XCLR端与第一微处理器U3的25脚Altimeter-XCLR相连；数字气压传感器UlO的5脚NC端悬空；所述数字气压传感器UlO的型号是BMP085 ； 所述无线收发模块包括无线收发模块包括第一高速无线收发芯片JP1、第五电阻R5、第八电阻R8、第一按键SI和第二按键S2 ;第五电阻R5的一端与第一微处理器U3的52脚KEYl端相连,另一端与第一按键SI的一端相连；第六电阻R6的一端与第一微处理器U3的51脚KEY2端相连，另一端与第二按键S2的一端相连；第一按键SI的另一端与数字地DGND相连；第二按键S2的另一端与数字地DGND相连；第一高速无线收发芯片JPl的I端与数字地DGND相连；第一高 速无线收发芯片JPl的2端与数字电源DVCC相连；第一高速无线收发芯片JPl的3端与第一微处理器U3的26脚24L01-CE相连；第一高速无线收发芯片JPl的4端与第一微处理器U3的33脚24L01-CSN相连；第一高速无线收发芯片JPl的5端与第一微处理器U3的34脚24L01-SCK相连；第一高速无线收发芯片JPl的6端与第一微处理器U3的36脚24L01-M0SI相连；第一高速无线收发芯片JPl的7端与第一微处理器U3的35脚24L01-MIS0相连；第一高速无线收发芯片JPl的8端与第一微处理器U3的27脚24L01-1RQ相连；所述第一高速无线收发芯片JPl的型号是nRF24L01 ； 所述机身方位指示电路包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第四i^一电容C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十四电容C44、第五发光二极管DS5、第六发光二极管DS6、第七发光二极管DS7、第八发光二极管DS8、第二三极管Q2、第三三极管Q7、第一场效应管Q3、第二场效应管Q4、第三场效应管Q5、第四场效应管Q6 ;第二十七电阻R27的一端与+5V电源、第二三极管Q2的发射极相连，另一端与第三三极管Q7的集电极、第二十八电阻R28的一端相连；第二十八电阻R28的另一端与第二三极管Q2的基极相连；第三十一电阻R31的一端与第三三极管Q7的基极相连，另一端与第一微处理器U3的44脚LED-BIG端相连；第二三极管Q2的集电极与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端相连；第三三极管Q7的发射极与数字地DGND相连；第三十二电阻R32的一端与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端、第一场效应管Q3的栅极相连，另一端与电源地PGND相连；第三十三电阻R33的一端与第一微处理器U3...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓东，胡琦逸，邹洪波，陈云，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：