一種無人機飛行控制系統的製作方法
2023-12-03 04:15:11 2
本實用新型涉及無人機飛行控制領域，尤其涉及一種無人機飛行控制系統。
背景技術：
無人機即無人駕駛飛行器，無人機採用衛星定位、遙感、地理空間、航空航天、自動控制、計算機輔助分析等高新技術，可服務於國土、測繪、林業、交通、水利及軍事等多個領域。
無人機的飛行控制裝置主要執行無人機的飛行姿態計算、飛行航線控制、飛行數據反饋，以及在飛行過程中執行相關的飛行任務，從結構分工角度看，飛行控制系統就是無人機的行動中樞，其穩定性決定著無人機整個飛行過程的安全性。
當前無人機所應用的控制系統都是單自動駕駛控制系統，是基於電子元器件開發製作的，而電子元器件在某些環境下(如溫度、氣壓、溼度、灰塵、電磁環境、振動、電壓、電流、衛星定位系統信號變化、程序計算錯誤等)會出現一些問題，而一個小小的問題即有可能帶來無人機不可修復性的損壞，甚至有可能對外界事物造成破壞。
為此我們設計了一種無人機飛行控制系統，通過檢測三軸姿態角(或角速率)以及加速度、三軸方位、位置、電流、電壓，並將狀態信息，實時監測無人機的飛行狀態，從而可以及時作出反應和準確的命令，降低了無人機發生飛行錯誤的機率，實現無人機的穩定控制。
技術實現要素：
本實用新型提供一種無人機飛行控制系統，包括MCU中心控制模塊、機載傳感器模塊、數據記錄及導出存儲模塊、飛行狀態指示模塊；
所述MCU中心控制模塊，包括飛行控制器，飛行控制器接收來自於機載傳感器模塊的數據，通過傳感器信息數據融合，生成控制信號，產生無人機飛行的控制命令；
所述機載傳感器模塊包括IMU、三軸磁羅盤、GPS、氣壓計、電壓檢測單元、電流檢測單元和PWM輸入檢測單元；機載傳感器模塊用於實時採集獲取無人機的飛行狀態信息，可採集到的數據有三軸姿態角或角速率，以及加速度、三軸方位、位置、電流、電壓，並將狀態信息通過本地總線發送給MCU中心控制模塊；
所述數據記錄及導出存儲模塊包括USB數據導出單元、SD卡設備、GPRS數據云傳輸單元；用於將飛行相關的傳感器數據以及控制數據存儲在機載端本地，客戶可根據該數據對飛行狀態質量信息進行分析；
所述飛行狀態指示模塊為航燈，用於指示無人機的飛行狀態，以實現飛行狀態的顯示及預警；
所述無人機的舵機組根據MCU中心控制模塊的飛行控制指令進行飛行；
所述IMU是測量物體三軸姿態角或角速率，以及加速度的裝置，由此獲取慣導數據；
所述三軸磁羅盤用以指示三軸方位；
所述GPS用來定位；
所述電壓檢測單元，用來檢測電壓；
所述電流檢測單元，用來檢測電流；
所述PWM輸入檢測單元用來監測當前無人機運動狀態，並通過PWM輸出控制無人飛行的舵機組的驅動單元，實現無人機的飛行控制；
進一步，所述MCU中心控制模塊、所述機載傳感器模塊、數據記錄及導出存儲模塊和飛行狀態指示模塊之間，採用CAN總線的方式進行通信。
進一步，所述系統還包括遙控器和地面站，所述遙控器、地面站與飛行控制器及無人機之間採用無線鏈路的方式進行通信。
進一步，所述地面站用於獲取地面端人員及計算機產生的控制命令，同時將命令通過無線鏈路發送給無人機MCU中心控制模塊的飛行控制器，以實現基於地面端數據的控制飛行。
本實用新型的有益效果是：本實用新型所述的一種無人機飛行控制系統，具有如下優點：
1)無人機飛行控制系統結構簡單，體積小，質量輕，同時功能多樣；
2)採用CAN總線化結構設計，各功能子系統採用模塊化設計思想，即插即 用；
3)採用實時作業系統架構，保證了無人機飛行控制系統穩定性及魯棒性；
4)MCU中心控制模塊將傳感器的數據融合後發出指令，實現了無人機飛行的穩定控制。
附圖說明
圖1為本實用新型所述的一種無人機飛行控制系統的系統框圖。
具體實施方式
以下將結合本實用新型的實施例參照附圖進行詳細敘述。
一種無人機飛行控制系統，包括MCU中心控制模塊、機載傳感器模塊、數據記錄及導出存儲模塊、飛行狀態指示模塊；
所述MCU中心控制模塊，包括飛行控制器，飛行控制器接收來自於機載傳感器模塊的數據，通過傳感器信息數據融合，生成控制信號，產生無人機飛行的控制命令；
所述機載傳感器模塊包括IMU、三軸磁羅盤、GPS、氣壓計、電壓檢測單元、電流檢測單元和PWM輸入檢測單元；機載傳感器模塊用於實時採集獲取無人機的飛行狀態信息，可採集到的數據有三軸姿態角或角速率，以及加速度、三軸方位、位置、電流、電壓，並將狀態信息通過本地總線發送給MCU中心控制模塊；
所述的MCU中心控制模塊即微控制單元(Microcontroller Unit；MCU)，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)或者單片機，是把中央處理器(Central Process Unit；CPU)的頻率與規格做適當縮減，並將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一晶片上，形成晶片級的計算機，適用於不同場合的應用控制。
所述數據記錄及導出存儲模塊包括USB數據導出單元、SD卡設備、GPRS數據云傳輸單元；用於將飛行相關的傳感器數據以及控制數據存儲在機載端本地，客戶可根據該數據對飛行狀態質量信息進行分析；
所述飛行狀態指示模塊為航燈，用於指示無人機的飛行狀態，以實現飛行狀 態的顯示及預警；
所述無人機的舵機組根據MCU中心控制模塊的飛行控制指令進行飛行；
所述IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測量單元)是測量物體三軸姿態角或角速率，以及加速度的裝置，由此獲取慣導數據；
所述三軸磁羅盤用以指示三軸方位；
所述GPS(Global Positioning System，全球定位系統)，用來定位；
所述電壓檢測單元，用來檢測電壓；
所述電流檢測單元，用來檢測電流；
所述PWM輸入檢測單元用來監測當前無人機運動狀態，並通過PWM輸出控制無人飛行的舵機組的驅動單元，實現無人機的飛行控制；
進一步，所述MCU中心控制模塊、所述機載傳感器模塊、數據記錄及導出存儲模塊和飛行狀態指示模塊之間，採用CAN總線的方式進行通信。
進一步，所述系統還包括遙控器和地面站，所述遙控器、地面站與飛行控制器及無人機之間採用無線鏈路的方式進行通信。
進一步，所述地面站用於獲取地面端人員及計算機產生的控制命令，同時將命令通過無線鏈路發送給無人機MCU中心控制模塊的飛行控制器，以實現基於地面端數據的控制飛行。
所述無人機控制系統基於μC/OS-Ⅱ提供的系統調度為基礎，根據無人機直升機飛行控制工作原理，通過採集的傳感器信息、存儲的相關狀態和數據以及無線電測控終端發過來的上行遙控或地面站規劃的指令與數據，經判斷、運算和處理之後，輸出指令給伺服執行機構即舵機組，控制操縱無人機的舵面、發動機的油門，以控制無人機的飛行。
以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。