一種基于stm32的微型四旋翼飛行器及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括：主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；主控單元包括STM32F103C8T6控制芯片；STM32F103C8T6控制芯片分別連接傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；傳感器組件用于采集傳感數(shù)據(jù)并將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給STM32F103C8T6控制芯片，STM32F103C8T6控制芯片用于根據(jù)傳感數(shù)據(jù)獲得飛行器當(dāng)前姿態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)姿態(tài)獲得電機(jī)控制信號(hào)，將電機(jī)控制信息傳輸至電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，和通過通信模塊接收遙控信號(hào)，根據(jù)遙控信號(hào)確定目標(biāo)姿態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)電機(jī)控制信息對(duì)設(shè)置于四個(gè)方向上的旋翼進(jìn)行控制，從而控制飛行器的姿態(tài)。本發(fā)明通過對(duì)于主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊的電路芯片選擇，優(yōu)化其電路性能。
【專利說明】
一種基于STM32的微型四旋翼飛行器及其控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于STM32的微型四旋翼飛行器及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器依據(jù)機(jī)翼類型可分為固定翼飛行器和旋翼飛行器。在過去的幾十年里，固定翼無(wú)人飛行器已經(jīng)有較成熟的技術(shù)，相對(duì)固定翼無(wú)人飛行器，旋翼飛行器的發(fā)展卻較為緩慢，這是因?yàn)樾頍o(wú)人飛行器的控制較固定翼復(fù)雜，早期的技術(shù)水平無(wú)法實(shí)現(xiàn)飛行器的自主飛行控制;然而，旋翼飛行器卻擁有其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，只需要協(xié)調(diào)旋翼電機(jī)的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)控制，飛行較為靈活;不受較大機(jī)翼的限制，能夠應(yīng)用于各種環(huán)境中；具備自主起飛和降落的功能，系統(tǒng)高度智能，可以實(shí)現(xiàn)較多的飛行姿態(tài)，例如:垂直懸停、俯仰升降、偏航轉(zhuǎn)向等等，且飛行器姿態(tài)保持能力較高。這些優(yōu)勢(shì)也就決定了旋翼飛行器在未來將有著更為廣闊的應(yīng)用前景。四旋翼的無(wú)人飛行器就是這種“蝶形”的飛行器，其布局結(jié)構(gòu)新穎，飛行方式獨(dú)特，逐漸成為當(dāng)前飛行控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。而如何通過對(duì)四旋翼飛行器的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)能有效地提高對(duì)四旋翼飛行器的飛行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于STM32的微型四旋翼飛行器及其控制系統(tǒng)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括:主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；
[0005]所述主控單元包括STM32F103C8T6控制芯片；
[0006]所述STM32F103C8T6控制芯片分別連接所述傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；
[0007]所述傳感器組件用于采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6 控制芯片，
[0008]所述STM32F103C8T6控制芯片用于根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)獲得飛行器當(dāng)前姿態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)姿態(tài)獲得電機(jī)控制信號(hào)，將所述電機(jī)控制信息傳輸至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，和通過所述通信模塊接收遙控信號(hào)，根據(jù)所述遙控信號(hào)確定所述目標(biāo)姿態(tài)，
[0009]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述電機(jī)控制信息對(duì)設(shè)置于四個(gè)方向上的旋翼進(jìn)行控制，從而控制飛行器的姿態(tài)。
[0010]作為一種優(yōu)化方案，所述傳感器組件包括MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器；所述MPU60 50九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6 控制芯片。
[0011]作為一種優(yōu)化方案，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括4個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)所述MOS管驅(qū)動(dòng)電路分別根據(jù)自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的電機(jī)控制信息獨(dú)立控制一個(gè)所述旋翼。
[0012]作為一種優(yōu)化方案，所述通信模塊包括SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路;所述SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路分別連接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0013]作為一種優(yōu)化方案，所述串口顯示燈電路包括若干個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的一端連接3.3V穩(wěn)壓輸出電源，另一端連接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0014]作為一種優(yōu)化方案，所述串口通信接口電路包括PIN3接口電路。
[0015]作為一種優(yōu)化方案，還包括主體電源模塊;所述主體電源模塊包括:3.3V穩(wěn)壓輸出電源、電池充電電路、鋰電池模塊；
[0016]所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源與所述主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊連接供電，
[0017]所述電池充電電路與所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源相連，
[0018]所述鋰電池模塊為所述旋翼提供5V電源電壓。
[0019]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于STM32的微型四旋翼飛行器，還包括所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0021]本發(fā)明通過對(duì)于主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊的電路芯片選擇，優(yōu)化其電路性能，傳感器組件選擇MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器能夠提高傳感器的集成度并為主控模塊提供全面的傳感信息。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附圖中:
[0023]圖1是一種可選實(shí)施例的3.3V穩(wěn)壓輸出電源的電路圖；
[0024]圖2是一種可選實(shí)施例的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖；
[0025]圖3是一種可選實(shí)施例的MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器的電路圖；
[0026]圖4是一種可選實(shí)施例的SI4432高性能射頻收發(fā)器無(wú)線模塊圖；
[0027]圖5是一種可選實(shí)施例的串口顯示燈圖；
[0028]圖6是一種可選實(shí)施例的串口通信接口；
[0029]圖7是一種可選實(shí)施例的遙控器的USB電路；
[0030]圖8是一種可選實(shí)施例的電池充電電路；
[0031]圖9是一種可選實(shí)施例的主控芯片電路圖；
[0032]圖10是一種可選實(shí)施例的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下文結(jié)合附圖以具體實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，還可以使用其他的實(shí)施例，或者對(duì)本文列舉的實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能上的修改，而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)。
[0034]在本發(fā)明提供的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的實(shí)施例中，如圖10所示的控制系統(tǒng)，包括:主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；
[0035]如圖9所示，所述主控單元包括STM32F103C8T6控制芯片；
[0036]所述STM32F103C8T6控制芯片分別連接所述傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊；
[0037]所述傳感器組件用于采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6 控制芯片，
[0038]所述STM32F103C8T6控制芯片用于根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)獲得飛行器當(dāng)前姿態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)姿態(tài)獲得電機(jī)控制信號(hào)，將所述電機(jī)控制信息傳輸至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，和通過所述通信模塊接收遙控信號(hào)，根據(jù)所述遙控信號(hào)確定所述目標(biāo)姿態(tài)，
[0039]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述電機(jī)控制信息對(duì)設(shè)置于四個(gè)方向上的旋翼進(jìn)行控制，從而控制飛行器的姿態(tài)。
[0040]上述基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)是機(jī)體部分的控制系統(tǒng)，而一般還配備有遙控器，遙控器上設(shè)有用于與電腦通信的遙控器USB電路，遙控器USB電路參見圖7。
[0041]本發(fā)明通過STM32單片機(jī)實(shí)時(shí)控制四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)飛行，旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。
[0042]如圖3所示，所述傳感器組件包括MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器;所述MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0043]所述MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器是全球首例9軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。它集成了 3軸MEMS陀螺儀，3軸MEMS加速度計(jì)，以及一個(gè)可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP，Digital Mot1nProcessor)，該可擴(kuò)展的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器用I2C接口連接一個(gè)第三方的數(shù)字傳感器進(jìn)行擴(kuò)展，比如磁力計(jì)。MPU-6050也可以通過其I2C接口連接非慣性的數(shù)字傳感器，比如壓力傳感器。MPU-6050對(duì)陀螺儀和加速度計(jì)分別用了三個(gè)16位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，將其測(cè)量的模擬量轉(zhuǎn)化為可輸出的數(shù)字量。為了精確跟蹤快速和慢速的運(yùn)動(dòng)，MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器的測(cè)量范圍都是用戶可控的。MPU6050設(shè)有一個(gè)片上1024字節(jié)的先入先出存儲(chǔ)器(FIFO)，有助于降低系統(tǒng)功耗。MPU6050和所有設(shè)備寄存器之間的通信采用400kHz的I2C接口。另外，MPU6050片上還內(nèi)嵌了一個(gè)溫度傳感器和在工作環(huán)境下僅有±1%變動(dòng)的振蕩器。MPU6050芯片尺寸4X4 X0.9mm，采用QFN封裝(無(wú)引線方形封裝)，可承受最大1000g的沖擊，并有可編程的低通濾波器。關(guān)于電源，MPU-6050可支持VDD范圍2.5V±5%，3.0V±5%，或3.3V土5%0
[0044]如圖2所示的實(shí)施例中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括4個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)所述MOS管驅(qū)動(dòng)電路分別根據(jù)自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的電機(jī)控制信息獨(dú)立控制一個(gè)所述旋翼。
[0045]所述通信模塊包括SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路;所述SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路分別連接所述STM32F103C8T6控制芯片。所述SI4432射頻收發(fā)電路如圖4所示。
[0046]如圖5所示，所述串口顯示燈電路包括若干個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的一端連接3.3V穩(wěn)壓輸出電源，另一端連接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0047]所述串口通信接口電路包括如圖6所示的PIN3接口電路。
[0048]還包括主體電源模塊;所述主體電源模塊包括:圖1所示的3.3V穩(wěn)壓輸出電源、圖8所示的電池充電電路、鋰電池模塊；
[0049]所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源與所述主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊連接供電，
[0050]所述電池充電電路與所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源相連，所述電池充電電路如圖8所示。[0051 ]所述鋰電池模塊為所述旋翼提供5V電源電壓。
[0052]所述四旋翼飛行器控制系統(tǒng)還包括遙控器，所述遙控器用于根據(jù)外部輸入向所述通信模塊發(fā)送所述遙控信號(hào)，所述通信模塊接收所述遙控信號(hào)后傳輸給所述主控模塊的所述STM32F103C8T6控制芯片，所述STM32F103C8T6控制芯片根據(jù)所述遙控信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)姿態(tài)的設(shè)定。
[0053]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于STM32的微型四旋翼飛行器，其包括所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)。
[0054]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行各種改變或等同替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可以對(duì)這些特征和實(shí)施例進(jìn)行修改以適應(yīng)具體的情況及材料而不會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明不受此處所公開的具體實(shí)施例的限制，所有落入本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊； 所述主控單元包括STM32F103C8T6控制芯片； 所述STM32F103C8T6控制芯片分別連接所述傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊； 所述傳感器組件用于采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6控制芯片， 所述STM32F103C8T6控制芯片用于根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)獲得飛行器當(dāng)前姿態(tài)，并進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)姿態(tài)獲得電機(jī)控制信號(hào)，將所述電機(jī)控制信息傳輸至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，和通過所述通信模塊接收遙控信號(hào)，根據(jù)所述遙控信號(hào)確定所述目標(biāo)姿態(tài)， 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用于根據(jù)所述電機(jī)控制信息對(duì)設(shè)置于四個(gè)方向上的旋翼進(jìn)行控制，從而控制飛行器的姿態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組件包括MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器;所述MPU6050九軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器采集傳感數(shù)據(jù)并將所述傳感器數(shù)據(jù)傳輸給所述STM32F103C8T6控制芯片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括4個(gè)MOS管驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)所述MOS管驅(qū)動(dòng)電路分別根據(jù)自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的電機(jī)控制信息獨(dú)立控制一個(gè)所述旋翼。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信模塊包括SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路;所述SI4432射頻收發(fā)電路、串口顯示燈電路、串口通信接口電路分別連接所述STM32F103C8T6控制芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述串口顯示燈電路包括若干個(gè)并聯(lián)的發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的一端連接3.3V穩(wěn)壓輸出電源，另一端連接所述STM32F103C8T6控制芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，所述串口通信接口電路包括PIN3接口電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括主體電源模塊;所述主體電源模塊包括:3.3V穩(wěn)壓輸出電源、電池充電電路、鋰電池豐旲塊; 所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源與所述主控模塊、傳感器組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊連接供電， 所述電池充電電路與所述3.3V穩(wěn)壓輸出電源相連， 所述鋰電池模塊為所述旋翼提供5V電源電壓。8.—種基于STM32的微型四旋翼飛行器，其特征在于，還包括權(quán)利要求1-7任一所述的一種基于STM32的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G05D1/10GK105912010SQ201610473795
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】吳振英, 李輕松, 王莉莉, 金薇, 劉濤
【申請(qǐng)人】蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院