一种多功能小型四旋翼飞行器的制造方法

一种多功能小型四旋翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种多功能小型四旋翼飞行器，涉及传感器检测技术、数学、自动控制理论、导航系统、无线传输和计算机技术领域。
【背景技术】
[0002]近些年来，无人飞行器越来越受到人们的青睐。无人飞行器和载人飞行器相比具有体积更小，机动性更强，飞行能力更卓越等特点，并且适用于多种恶劣环境，最重要的是避免了驾驶员在危险环境下的操作，因此它在军事上和商业上都具有很好的应用价值。
[0003]无人飞行器通常是指无人驾驶并且可以自主飞行的飞行器。无人飞行器可以分为旋翼无人飞行器和固定翼无人飞行器两种。固定翼无人飞行器出现的时间较早，并且技术相当成熟，但对场地等条件要求很苛刻，而旋翼无人飞行器因其体积小、机动性强等优势弥补了固定翼的缺陷。四旋翼飞行器属于旋翼无人飞行器中的一种，它可以在场地受限的情况下垂直起降。四旋翼飞行器主要利用四个独立的电机驱动并且充分利用了正反桨抵消了反扭力矩，通过调节电机转速就可以实现四旋翼飞行器的姿态控制，从而实现四旋翼飞行器的上升、盘旋或者降落等动作。相对于传统的旋翼式飞行器而言，四旋翼飞行器具有更为紧密的结构，能够提供的升力也更大。随着微米科技以及各种传感器(如MEMS)的升级和小型化，四旋翼飞行器也越来越小型化和实用化，其蕴含的价值也越发突显出来。
[0004]当前，四旋翼飞行器依然存在很多关键技术和科研难题需要解决，其中有些问题以现有的条件可能都难以解决。因此，如何能够设计出满足四旋翼飞行器飞行要求并且具有良好稳定性的控制系统，是当今控制领域面临的一个主要问题。四旋翼飞行器特别适合在近地面环境中飞行，这种旋翼飞行器可以携带摄像机、测绘仪器等，在特殊的环境下进行监视、侦查等任务。独特的外形，简单的机构，低廉的成本已经使四旋翼飞行器成为为新的研宄热点。四旋翼飞行器的研宄领域十分广阔，本发明将设计出满足四旋翼飞行器飞行要求并且具有良好稳定性的控制系统，结合GPS定位及导航、航向控制、气压检测、温湿度检测、航拍、无线通讯功能实现一种多功能小型四旋翼飞行器。

【发明内容】

[0005]本发明是为了实现校园航拍、农田侦查、自然灾害搜救、GPS定位、气候环境监测多种功能集一体的系统，本发明提出一种多功能小型四旋翼飞行器。
[0006]本发明实现电量检测功能，通过STM32处理器自带的AD采集功能，采集电源电压虽小十倍后的电压，在经程序放大十倍还原与四个电机转速结合得到电池实际电量，在电量不足时自动平稳降落。
[0007]本发明实现GPS定位功能，通过STM32处理器自带的UART串口资源实时与GPS传感器通讯，得到坐标数据，发送给地面遥控部分，得到实时的位置信息。
[0008]本发明实现气压测量功能，通过STM32处理器通过IIC协议实时读取BMP08气压传感器测得的数据，转换成气压。
[0009]本发明实现温湿度检测功能，通过STM32处理器读取DS18B20温度传感器和DHTll湿度传感器的数据，将读到的数据转换成温度和湿度。
[0010]本发明实现视频采集功能，通过STM32处理器读取0V7670摄像头数据，将数据实时返回地面遥控部分，地面遥控部分讲视频信息显示在彩屏上。
[0011]本发明实现无线通讯功能，飞行器和地面遥控部分的主控板均使用2.4G主从一体无线收发模块，通过STM32处理器自带的SPI协议与NRF24L01进行通讯，地面遥控部分定义为主机，飞行器部分定义为从机。
[0012]本发明实现遥控功能，用于发送指令给四旋翼飞行器以及接收飞行器返回的信号。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0014]图1是四旋翼飞行器主控部分的设计框图。
[0015]图2是四旋翼飞行器设计总体功能原理框图。
[0016]图3是四旋翼飞行器电源管理部分的电路图。
[0017]图4是四旋翼飞行器四路电机驱动部分的电路图。
[0018]图5是四旋翼飞行器姿态检测电路图。
[0019]图6是四旋翼飞行器航向检测电路图。
[0020]图7是四旋翼飞行器参数存储电路图。
[0021]图8是四旋翼飞行器蓝牙接口、气压传感器接口、陀螺仪接口、地磁传感器接口、GPS传感器接口、人机界面接口、无线通讯接口的电路。
[0022]图9是四旋翼飞行器主控单片机STM32的系统电路图。
【具体实施方式】
[0023]如图3、4、5、6所示为本实用新型的核心电路原理图。可作为具体实施使用。主要显示的是我们要用到的一些元器件的电路图。
[0024]如图1所示为我们的主控部分的设计结构，通过STM32ZET6处理器与各传感器之间通讯，应用卡尔曼滤波、四元数等算法对传感器数据进行融合处理得到精确的飞行姿态，并控制其能在一个三维空间内稳定起降、悬停、方位运动，实现图2的GPS定位、航向检测及控制、气压检测、温湿度检测、图像采集、无线通讯、数据存数功能。
【主权项】
1.一种多功能小型四旋翼飞行器，包括飞行姿态检测部分、飞行姿态自动控制部分、电量检测部分、GPS定位部分、航向检测部分、气压检测部分、温湿度检测部分、数据存储部分、摄像头图像视频采集部分、无线通讯部分、地面遥控面板部分，其特征是，由飞行姿态检测部分、航向检测部分、气压检测部分、GPS定位部分获取姿态经单片机处理后输出给飞行姿态自动控制部分已达到预期的飞行状态，单片机采集温湿度检测部分信号、将参数存储于数据存储部分、单片机读取摄像头图像视频采集部分，无线通讯部分与地面遥控面板部分双向传输信息，可实现校园航拍、农田侦查、自然灾害搜救、GPS定位、气候环境监测应用。
2.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，电量检测部分可检测供电电池的剩余电量，在电量不足时自动平稳降落。
3.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，GPS定位部分可获取四旋翼飞行器当前的位置，可应用于自然灾害搜救。
4.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，气压检测部分选用BMP08气压传感器检测飞行器所在位置的气压，实现相应的功能，可应用于海拔较高的环境。
5.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，温湿度检测部分选用DS18B20温度传感器和DHTll湿度传感器检测飞行器所在位置的温度、湿度。
6.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，摄像头图像视频采集部分选用0V7670摄像头采集视频信息，实现航拍功能。
7.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，无线通讯部分选用2.4G主从一体无线收发模块实现飞行器与地面装置的信息传输。
8.根据权利要求1所述的一种多功能小型四旋翼飞行器，其特征是，地面遥控面板部分用于发送指令给四旋翼飞行器以及接收飞行器返回的信息。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于STM32ZET6处理器实现GPS定位、航向检测及控制、气压检测、温湿度检测、图像采集、无线通讯、数据存数功能的多功能小型四旋翼飞行器，包括一个单片机控制器、四个无刷电机、加速度传感器、陀螺仪传感器、温湿度传感器、GPS模块、气压传感器、磁场传感器和液晶显示。我们设计的小型四旋翼飞行器可实现农田的大面积温湿度测量、气压测量，也可实现校园、农田航拍，利用磁场传感器及GPS亦可实现导航的功能。
【IPC分类】B64C27-02, G05D1-08, G05D1-10
【公开号】CN204613745
【申请号】CN201520028807
【发明人】李剑飞, 黄总谋, 任轶佐
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年1月9日