基於貫流風機的自動導航飛行控制系統的製作方法

2023-12-11 07:12:42

專利名稱：基於貫流風機的自動導航飛行控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於信號檢測技術領域，涉及ー種用於貫流風機的四軸飛行器自動導航控制系統。
背景技術：
貫流風機，又稱橫流風機，是ー類特殊風機，葉輪為多葉式、長圓筒形，具有前向多翼形葉片，具有結構簡單、體積小、產生的氣流平穩、動壓係數較高等特點，近來被廣泛應用於家用電器和空調設備等低壓通風換氣的場合。貫流風機相比於旋翼作為驅動方式擁有多項優勢由於軸向長度不受限制，可以根據不同的使用需要任意選擇葉輪的長度，調整動力；氣流貫穿葉輪流動，受葉片兩次力的作用，因而能到達的距離更遠；無紊流，出風均勻；風道既能保護葉片，也防止飛行中葉片傷人；四軸旋翼飛行器具有非線性、強耦合、極為複雜和特殊的動力學特性和飛行姿態等一系列特性，會導致旋翼的弾性形變、振動、機身自旋等問題，而貫流風機的穩定出風特性，使這些問題的影響不再明顯。目前國外諸多高校、研究団體和商業機構主要對多旋翼飛行器及其應用進行大量密集的研究和探索，但多以四軸旋翼飛行器為主；而國內，無論在科研還是商業領域都鮮有關於多旋翼飛行器報導，更不用說基於貫流風機作為動カ驅動的四軸飛行器。儘管市面上出現了ー些相對功能完備，技術成熟的飛行器控制板，但也多是針對航空模型愛好者的多旋翼四軸飛行器，其中大多使用低成本、低精度傳感器，難以達到專業慣性制導單元的精度和可靠性，因而在抗外力擾動、操控性等方面無法滿足實際要求。同吋，這些產品往往不具備或只具備極為簡單的導航方式，僅能在肉眼的可視範圍內使用手動遙控控制飛行，潛在的商用價值和實用價值還遠未被開發。

發明內容
本發明針對現有飛行器控制系統對貫流風機驅動的飛行器無人自動導航、巡航、返航等功能開發和支持的不足，提供了一種用於貫流風機的四軸飛行器自動導航控制系統。本發明解決技術問題所採用的技術方案為
本發明包括供電電源模塊、微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、無線數據收發模塊、GPS定位導航模塊、串ロ /SWD調試接ロ電路和信號輸入/輸出接ロ。機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、GPS定位導航模塊和無線數據收發模塊通過串行總線與微處理器模塊連接；供電電源模塊為微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、無線收發模塊、串ロ /SWD調試接ロ電路和機體狀態指示電路提供工作電源。所述供電電源模塊包括+5V電源轉換穩壓電路、模擬電源轉換穩壓電路、數字電源轉換穩壓電路、電量檢測電路、機體狀態指示電路和濾波抗幹擾電路。所述+5V電源轉換電路包括第一開關型電源轉換晶片U1、第一肖特基整流管D1、第一穩流電感L1、第一電阻R1、第二電阻R2、第九電容C9、第十電容CIO、第i^一電容Cll和第十二電容C12 ;第一開關型電源轉換晶片Ul的+VIN端與驅動電源PVCC相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的GND與電源地PGND相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的
Sr /OFF端與電源地PGND相連；第一肖特基整流管Dl的一端與第一開關型電源轉換晶片
Ul的OUT端相連,另一端與電源地PGND相連；第一穩流電感LI的一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的OUT端相連，另一端與+5V相連；第ー電阻Rl —端與+5V相連，另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第二電阻R2 —端與電源地PGND相連,另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第九電容R9 —端與驅動電源PVCC相連,另一端與電源地PGND相連；第十電容RlO—端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連 』第i^一電容Rll —端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；第十二電容R12 —端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連。所述第一開關型電源轉換晶片Ul的型號是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管Dl的型號是SS34。所述模擬電源轉換電路包括第二線性電壓調節晶片U3、第二電容C2、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第四電阻R4 ;第二線性電壓調節晶片U3的VIN端與+5V相連；第二線性電壓調節晶片U3的GND端與模擬地AGND相連；第二線性電壓調節晶片U3的VOUT端與模擬電源AVCC相連；第ニ電容C2的正極與+5V相連，負極與模擬地AGND相連；第六電容C6的一端與+5V相連,另一端與模擬地AGND相連；第七電容C7的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第八電容C8的一端與模擬電源AVCC相連，另ー端與模擬地AGND相連；第四電阻R4 —端與電源地PGND相連，另一端與模擬地AGND相連。所述數字電源轉換電路包括第一線性電壓調節晶片U2、第一電容Cl、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第三電阻R3 ;第一線性電壓調節晶片U2的VIN端與+5V相連；第一線性電壓調節芯 片U2的GND端與數字地DGND相連；第一線性電壓調節晶片U2的VOUT端與數字電源DVCC相連；第一電容Cl的正極與+5V相連，負極與數字地DGND相連；第三電容C3的一端與+5V相連，另一端與數字地DGND相連；第四電容C4的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第五電容C5的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第三電阻R3的一端與電源地PGND相連，另一端與數字地DGND相連。所述第一線性電壓調節晶片U2和第二線性電壓調節晶片U3的型號是LMl117-3. 3。所述電量檢測電路包括第二十三電阻R23、第二十四電阻R24 ;第二十四電阻R24一端與驅動電源PVCC相連，另一端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連；第二十三電阻R23 —端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連，另一端與電源地PGND相連。所述機體狀態指示電路包括第一蜂鳴器LS1、第一三極體Q1、第一發光二極體DS1、第二發光二極體DS2、第三發光二極體DS3、第i^ 一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13和第十四電阻R14 ;第一蜂鳴器的正極與模擬電源AVCC相連，負極與第一三極體Ql的集電極相連；第十四電阻R14的一端與第一三極體Ql的基極相連，另一端與第一微處理器U4的BELL端相連；第一三極體Ql的發射極與模擬地AGND相連；第^^一電阻Rll的一端與+5V電源相連,另一端與第一發光二極體DSl的正極相連；第一發光ニ極管DSl的負極與電源地PGND相連；第十二電阻R12的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第二發光二極體 DS2的正極相連；第二發光二極體DS2的負極與第一微處理器U3的LEDl端相連；第十三電阻R13的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與第三發光二極體DS3的正極相連；第三發光二極體DS3的負極與第一微處理器U4的LED2端相連。所述第一三極體Ql的型號是8050。
所述濾波抗幹擾電路包括第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二i^一電容C21、第二十二電容C22、第二十三電容C23、第二十四電容C24和第二十五電容 C25 ;第十八電容C18的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第十九電容 C19的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二i^一電容C21的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十二電容C22的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十三電容C23的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十四電容C24的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十五電容C25的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連。
所述的微處理器模塊包括第一微處理器U4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第十三電容C13、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一按鍵SI和第一備用電池BTl ;第五電阻R5 的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第一微處理器U4的NSRT相連；第七電阻R7的一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的B00T1相連；第八電阻R8 —端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的Β00Τ0相連；第六電阻R6 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第十六電容C16 —端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連，另一端與數字地DGND相連；第十七電容C17 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第十五電容C15 —端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第十三電容C13 —端與第一微處理器U4的0SC32-0UT相連，另一端與數字地⑶ND相連；第十四電容C14與第一微處理器 U4的0SC32-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第一晶振Yl —端與第一微處理器U4的 0SC32-1N相連，另一端與第一微處理器U4的0SC32-0UT相連；第二晶振Y2 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第一按鍵SI 一端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第一備用電池BTl —端與第一微處理器U4的VBAT相連，另一端與數字地DGND相連；第一微處理器U4的VDD_1 VDD_4 與數字電源DVCC相連；第一微處理器U4的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一微處理器 U4的VSSA端與模擬地AGND相連；第一微處理器U4的VSS_1 VSS_4端與數字地DGND相連。所述第一微處理器U4的型號是STM32F101RBT6。
所述機身姿態控制模塊包括機身三軸角速度檢測模塊和機身三軸傾角檢測模塊。
機身三軸角速度檢測模塊包括第一角速度檢測單元U5、第二十六電容C26和第二十七電容C27 ;第一角速度檢測單元U5的VDDIO端與數字電源D`VCC相連；第一角速度檢測單元U5的SCL/SPC端與第一微處理器U4的Gyro-SPC端相連；第一角速度檢測單元 U5的SDA/SDI/SD0端與第一微處理器U4的Gyro-SDI端相連；第一角速度檢測單元U5的 SD0/SA0端與第一微處理器U4的Gyro-SDO端相連；第一角速度檢測單元U5的CS端與第一微處理器U4的Gyro-CS端相連；第一角速度檢測單元U5的DR/INT2端與第一微處理器 U4的Gyro-DR端相連；第一角速度檢測單元U5的8 12號引腳為RESERVED端，與數字地 DGND相連；第一角速度檢測單元U5的GND端與數字地DGND相連；第一角速度檢測單元U5 的15號引腳為RESERVED端與數字電源DVCC相連；第一角速度檢測單元U5的VDD端與數字電源DVCC相連；第二十六電容C26 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十七電容C27 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連。所述第一角速度檢測單元U5的型號是L3G4200D。
機身三軸傾角檢測模塊包括第一傾角加速度檢測單元U6 ;第一傾角加速度檢測單元U6的5V端與+5V電源相連；第一傾角加速度檢測單元U6的GND端與模擬地AGND相連；第一傾角加速度檢測單元U6的Xout端、Yout端和Zout端分別與第一微處理器U4的 Acce-X, Acce-Y和Acce-Z相連；第一傾角加速度檢測單元U6的SL端與第一微處理器U4 的Acce-GS2相連；第一傾角加速度檢測單元U6的OG端與第一微處理器U4的Acce-OG相連；第一傾角加速度檢測單元U6的ST端與第一微處理器U4的Acce-GSl相連；第一傾角加速度檢測單元U6的GS端與第一微處理器U4的Acce-MODE相連。
所述飛行高度檢測模塊包括第一數字氣壓傳感器U7、第十五電阻R15和第十六電阻R16 ;第十五電阻R15 —端與數字電源DVCC相連，另一端與第一數字氣壓傳感器U7的 Altimeter-SDA相連；第十六電阻R16 —端與數字電源DVCC相連，另一端與第一數字氣壓傳感器U7的Altimeter-SCL相連；第一數字氣壓傳感器U7的GND端與數字地DGND相連； 第一數字氣壓傳感器U7的EOC端與第一微處理器U4的Altimeter-EOC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDD端與數字電源DVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的XCLR端與第一微處理器U4的Altimeter-XCLR相連；第一數字氣壓傳感器U7的NC端懸空。所述第一數字氣壓傳感器U7的型號是BMP085。
所述數字羅盤模塊包括第一三軸數字磁阻傳感器U8、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第二十九電容C29、第三十電容C30、第三^^一電容C31和第三十二電容C32 』第十七電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SCL端相連；第十八電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SDA端相連；第二十九電容C29的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETP端相連，另一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETC端相連；第三十電容C30的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8 的Cl端相連，另一端與數字地相連；第三i^一電容C31 —端與第一三軸數字磁阻傳感器U8 的VDDIO相連，另一端與數字地DGND相連；第三十二電容C32的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD相連，另一端與數字地DGND相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDDIO端與數字電源DVCC相連 』第一三軸數字磁阻傳感器U8的SI端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的所有GND端都與數字地DGND相連。所述第一三軸數字磁阻傳感器U8的型號是HMC5883L。
所述GPS定位導航模塊包括第一 GPS集成晶片U9、第十九電阻R19、第二十電阻 R20、第二^^一電阻R21、第二十二電阻R22、第三十三電容C33、第三十四電容C34、第三十五電容C35、第三十六電容C36、第三十七電容C37、第二電感L2、第三電感L3、第四發光二極體 DS4、第二肖特基整流管D2、第三肖特基整流管D3、第二備用電池BT2和第一陶瓷天線El ； 第十九電阻R19的一端與第一 GPS集成晶片U9的PPS相連，另一端與第四發光二極體 DS4相連；第四發光二極體DS4的一端與第十九電阻R19相連，另一端與數字地DGND相連；第 二十電阻的一端與第一 GPS集成晶片U9的TXA相連，另一端與第一微處理器U4的PA3端 相連；第二i 電阻R21的一端與第一 GPS集成晶片U9的DXA相連,另一端與第一微處理 器U4的PA2端相連；第二十二電阻R22的一端與第二備用電池BT2的正極相連，另一端與 第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連；第三十三電容C33的一端與第一微處理器U4的PA3 端相連，另一端與數字地DGND相連；第三十四電容的一端與第一微處理器U4的PA2端相 連，另一端與數字地DGND相連；第三十五電容C35的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端 相連，另一端與第二電感L2的一端相連；第二電感L2的一端與第三十五電容C35相連,另 一端與數字地相連；第三十六電容C6的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另一端 與第二電感L2的一端相連；第三電感L3的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另 一端與數字電源DVCC相連；第三十七電容C37的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字 地DGND相連；第一 GPS集成晶片U9的RF_IN端與第一陶瓷天線El相連；第一 GPS集成芯 片U9的所有GND端都與數字地DGND相連；第二肖特基整流管D2的正極與第一 GPS集成 晶片U9的VBAT端相連，負極與第二備用電池BT2的正極相連；第二備用電池BT2的負極與 數字地DGND相連；第三肖特基整流管D3的正極與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連，負 極與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連；第一 GPS集成晶片U9的所有NC端全部懸空。所 述第一 GPS集成晶片U9的型號是VK2525。
所述無線收發模塊包括第一高速無線數據收發集成模塊JPl ;第一高速無線數 據收發集成模塊JPl的I端與數字地DGND相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl 的2端與數字電源DVCC相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的3端與第一微處 理器U4的24L01-CE相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的4端與第一微處理 器U4的24L01-CSN相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的5端與第一微處理 器U4的24L01-SCK相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的6端與第一微處理器 U4的24L01-M0SI相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的7端與第一微處理器U4 的24L01-MIS0相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的8端與第一微處理器U4的 24L01-1RQ相連。所述第一高速無線數據收發集成模塊JPl中的核心晶片型號是nRF24L01。
所述串口 /SWD調試接口電路包括第一串口調試接口 JP2、第一 SWD調試接口 JP3 ； 第一串口調試接口 JP2的I端與+5V電源相連；第一串口調試接口 JP2的2端與第一微處 理器U4的UARTl-TX端相連；第一串口調試接口 JP2的3端與第一微處理器U4的UARTl-RX 端相連；第一串口調試接口 JP2的4端與數字地DGND相連；第一 SWD調試接口 U5的I端與 數字電源DVCC相連；第一 SWD調試接口 JP3的2端與第一微處理器U4的SWDIO端相連；第 一 SffD調試接口 JP3的3端與第一微處理器U4的SWDCLK端相連；第一 SWD調試接口 JP3 的4端與數字地DGND相連。
所述信號輸入/輸出接口包括遙控信號輸入接口、四通道油門信號輸出接口和功 能轉換按鍵電路。
所述遙控信號輸入接口包括第一遙控信號輸入接口 JP8 ;第一遙控信號輸入接口 JP8的I端與數字地DGND相連；第一遙控信號輸入接口 JP8的2端與+5V電源相連；第一 遙控信號輸入接口 JP8的3端與第一微處理器U3的Rev-PPM相連。
所述四通道油門信號輸出接口包括第一信號輸出接口 JP4、第二信號輸出接口JP5、第三信號輸出接口 JP6和第四信號輸出接口 JP7 ;第一信號輸出接口 JP4的I端與第 一微處理器U4的PWM-CHl相連；第二信號輸出接口 JP4的3端與電源地DGND相連；第二信 號輸出接口 JP4的2端懸空；第二信號輸出接口 JP5的I端與第一微處理器U4的PWM-CH2 相連；第二信號輸出接口 JP5的3端與電源地DGND相連；第二信號輸出接口 JP5的2端懸 空；第三信號輸出接口 JP6的I端與第一微處理器U4的PWM-CH3相連；第三信號輸出接口 JP6的3端與電源地DGND相連；第三信號輸出接口 JP6的2端懸空；第四信號輸出接口 JP7 的I端與第一微處理器U4的PWM-CH4相連；第四信號輸出接口 JP7的3端與電源地DGND 相連；第四信號輸出接口 JP7的2端懸空。
所述功能轉換按鍵電路包括第九電阻R9、第十電阻R10、第二開關按鍵S2和第三 開關按鍵S3 ;第九電阻R9的一端與第一微處理U4的KEYl端相連，另一端與第二按鍵S2相 連；第二按鍵S2的一端與第九電阻R9相連，另一端與數字地DGND相連；第十電阻RlO的一 端與第一微處理U4的KEY2端相連，另一端與第三按鍵3相連；第三按鍵S3的一端與第十 電阻RlO相連，另一端與數字地DGND相連。
本發明相對於現有技術具有以下有益效果本發明集機身姿態控制、飛行高度檢 測、無線收發等功能於一體，機體飛行具有可靠穩定性與操控性。結合相應上位機軟體，可 實現完善的人機互動，實時監控飛行狀態數據，調整飛行器參數，並保留通用擴展接口，功 能模塊移植簡便，擁有更強任務延展性。


圖1為本發明各模塊工作流程示意圖示意圖；圖2為供電電源模塊電路圖；圖3為微處理器模塊電路圖；圖4為機身姿態控制模塊電路圖；圖5為飛行高度檢測模塊電路圖；圖6為數字羅盤電路圖；圖7為GPS定位導航模塊電路圖；圖8為無線數據收發模塊電路圖；圖9為串口 /SWD調試接口電路圖；圖10為信號輸入/輸出接口電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明作進一步描述。
如圖1所示，本實施例包括供電電源模塊、微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛 行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、無線數據收發模塊、GPS定位導航模塊、串口 /SWD調試接 口電路和信號輸入/輸出接口。
本發明的具體工作過程是機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊實時採集機身 三軸向的角速度、傾角加速度以及飛行高度等數據通過串行總線送至微處理器，這些數據 將作為主要的飛行慣性反饋信息；數字羅盤和GPS定位導航模塊採集航向、速度、坐標等飛 行位置反饋信息，也通過串行總線送至微處理器。飛行慣性反饋信息利用卡爾曼濾波方法處理進行融合，得到某一時刻的最佳輸出估計值，採用PID控制算法對機身狀態進行閉環控制，最終信號輸出接口產生經調整的各通道PWM電機驅動信號至電子調速器輸入端，實現機身姿態、穩定飛行控制；利用飛行位置反饋信息，微處理器改變飛行姿態，沿預定航向飛行，實現自動巡航，返航；無線數據收發模塊定時發送飛行狀況信息，並能接受預定協議命令，改變飛行器PID控制參數以及控制飛行器暫時懸停、立即返航等。
如圖2所示，供電電源模塊包括+5V電源轉換穩壓電路、模擬電源轉換穩壓電路、 數字電源轉換穩壓電路、電量檢測電路、機體狀態指示電路和濾波抗幹擾電路。
+5V電源轉換電路包括第一開關型電源轉換晶片U1、第一肖特基整流管D1、第一穩流電感L1、第一電阻R1、第二電阻R2、第九電容C9、第十電容C10、第i^一電容Cll和第十二電容C12 ;第一開關型電源轉換晶片Ul的+VIN端與驅動電源PVCC相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的GND與電源地PGND相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的& /OFF端與電源地PGND相連；第一肖特基整流管Dl的一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的OUT端相連，另一端與電源地PGND相連；第一穩流電感LI的一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的 OUT端相連,另一端與+5V相連；第一電阻Rl —端與+5V相連,另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第二電阻R2 —端與電源地PGND相連,另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第九電容R9 —端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連；第十電容RlO —端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連；第^^一電容Rll 一端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；第十二電容R12 —端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連。
本發明所選用的第一開關型電源轉換晶片U4的型號是LM2596-ADJ，可以承受4.5 40V的直流輸入，而可調輸出為+5V，為接收機、串口等提供供電電源。第一肖特基整流管Dl的型號是SS54，用於整流，開關速度快，正向壓降低，最大承受電流為5A，反向耐壓為40V，可以起到保護電路，防止過載的效果。
模擬電源轉換電路包括第二線性電壓調節晶片U3、第二電容C2、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第四電阻R4 ;第二線性電壓調節晶片U3的VIN端與+5V相連；第二線性電壓調節晶片U3的GND端與模擬地AGND相連；第二線性電壓調節晶片U3的VOUT 端與模擬電源AVCC相連；第二電容C2的正極與+5V相連，負極與模擬地AGND相連；第六電容C6的一端與+5V相連，另一端與模擬地AGND相連；第七電容C7的一端與模擬電源AVCC 相連，另一端與模擬地AGND相連；第八電容C8的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第四電阻R4 —端與電源地PGND相連，另一端與模擬地AGND相連。
數字電源轉換電路包括第一線性電壓調節晶片U2、第一電容Cl、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第三電阻R3 ;第一線性電壓調節晶片U2的VIN端與+5V相連；第一線性電壓調節晶片U2的GND端與數字地DGND相連；第一線性電壓調節晶片U2的VOUT 端與數字電源DVCC相連；第一電容Cl的正極與+5V相連，負極與數字地DGND相連；第三電容C3的一端與+5V相連，另一端與數字地DGND相連；第四電容C4的一端與數字電源DVCC 相連，另一端與數字地DGND相連；第五電容C5的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第三電阻R3的一端與電源地PGND相連，另一端與數字地DGND相連。
本發明所選用的第一線性電壓調節晶片U2和第二線性電壓調節晶片U3的型號是LMl117-3. 3。
採用獨立的5V/3. 3V分離穩壓電路，既防止幹擾信號竄入，也將數字電源與模擬電源分離，保證供電電壓穩定。
電量檢測電路包括第二十三電阻R23、第二十四電阻R24 ;第二十四電阻R24—端與驅動電源PVCC相連，另一端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連；第二十三電阻R23 — 端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連，另一端與電源地PGND相連。
由於鋰電池供電電壓，滿電量時實際約為24V，基本接近零電量時約為20V，因此通過電阻分壓，微處理器即可得到電池電量狀況，而不至於燒毀晶片及電路。
機體狀態指不電路包括第一蜂鳴器LS1、第一三極體Ql、第一發光二極體DSl、第二發光二極體DS2、第三發光二極體DS3、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13 和第十四電阻R14 ;第一蜂鳴器的正極與模擬電源AVCC相連，負極與第一三極體Ql的集電極相連；第十四電阻R14的一端與第一三極體Ql的基極相連，另一端與第一微處理器U4的 BELL端相連；第一三極體Ql的發射極與模擬地AGND相連；第^^一電阻Rll的一端與+5V 電源相連，另一端與第一發光二極體DSl的正極相連；第一發光二極體DSl的負極與電源地 PGND相連；第十二電阻R12的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第二發光二極體DS2的正極相連；第二發光二極體DS2的負極與第一微處理器U3的LEDl端相連；第十三電阻R13 的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與第三發光二極體DS3的正極相連；第三發光二極體 DS3的負極與第一微處理器U4的LED2端相連。
濾波抗幹擾電路包括第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二i^一電容C21、第二十二電容C22、第二十三電容C23、第二十四電容C24和第二十五電容C25 』第十八電容C18的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第十九電容C19的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源 DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二i^一電容C21的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地 DGND相連；第二十二電容C22的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十三電容C23的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十四電容 C24的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十五電容C25的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連。
濾波電容安置在微處理器引腳邊，就近接地，濾除高低頻噪聲，減小模擬部分與數字部分影響。
如圖3所示，微處理器模塊包括第一微處理器U4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第十三電容C13、第十四電容C14 、第十五電容C15、第十六電容C16、 第十七電容C17、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一按鍵SI和第一備用電池BTl ;第五電阻 R5的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第一微處理器U4的NSRT相連；第七電阻R7的一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的B00T1相連；第八電阻R8 —端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的Β00Τ0相連；第六電阻R6 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第十六電容C16 —端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連，另一端與數字地DGND相連；第十七電容C17 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第十五電容C15 —端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第十三電容C13 —端與第一微處 理器U4的0SC32-0UT相連，另一端與數字地⑶ND相連；第十四電容C14與第一微處理器 U4的0SC32-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第一晶振Yl —端與第一微處理器U4的 0SC32-1N相連，另一端與第一微處理器U4的0SC32-0UT相連；第二晶振Y2 —端與第一微 處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第一按鍵SI 一端與 第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第一備用電池BTl —端與第一 微處理器U4的VBAT相連，另一端與數字地DGND相連；第一微處理器U4的VDD_1 VDD_4 與數字電源DVCC相連；第一微處理器U4的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一微處理器 U4的VSSA端與模擬地AGND相連；第一微處理器U4的VSS_1 VSS_4端與數字地DGND相 連；所述第一微處理器U4的型號是STM32F101RBT6。
本發明所選用的第一微處理器U4的型號是STM32F101RBT6是一款基於ARM Cortex-M3內核的微處理器，該處理器擁有256K字節快閃記憶體、20K字節SRAM、51個可用IO 口 及低功耗的設計能夠勝任實時多通道數據採樣和處理；機身姿態控制模塊包括三軸角速度檢測模塊和三軸傾角檢測模塊；如圖4所示,三軸角速度檢測模塊包括第一角速度檢測單元U5、第二十六電容C26和 第二十七電容C27 ;第一角速度檢測單元U5的VDDIO端與數字電源DVCC相連；第一角速度 檢測單元U5的SCL/SPC端與第一微處理器U4的Gyro-SPC端相連；第一角速度檢測單元 U5的SDA/SDI/SD0端與第一微處理器U4的Gyro-SDI端相連；第一角速度檢測單元U5的 SD0/SA0端與第一微處理器U4的Gyro-SDO端相連；第一角速度檢測單元U5的CS端與第 一微處理器U4的Gyro-CS端相連；第一角速度檢測單元U5的DR/INT2端與第一微處理器 U4的Gyro-DR端相連；第一角速度檢測單元U5的8 12號引腳為RESERVED端，與數字地 DGND相連；第一角速度檢測單元U5的GND端與數字地DGND相連；第一角速度檢測單元U5 的15號引腳為RESERVED端與數字電源DVCC相連；第一角速度檢測單元U5的VDD端與數 字電源DVCC相連；第二十六電容C26 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相 連；第二十七電容C27 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連。
三軸傾角檢測模塊包括第一傾角加速度檢測單元U6 ;第一傾角加速度檢測單 元U6的5V端與+5V電源相連；第一傾角加速度檢測單元U6的GND端與模擬地AGND相 連；第一傾角加速度檢測單元U6的Xout端、Yout端和Zout端分別與第一微處理器U4的 Acce-X, Acce-Y和Acce-Z相連；第一傾角加速度檢測單元U6的SL端與第一微處理器U4 的Acce-GS2相連；第一傾角加速度檢測單元U6的OG端與第一微處理器U4的Acce-OG相 連；第一傾角加速度檢測單元U6的ST端與第一微處理器U4的Acce-GSl相連；第一傾角加 速度檢測單元U6的GS端與第一微處理器U4的Acce-MODE相連。
本發明所選用的第一角速度檢測單元U5的型號是L3G4200D，提供三個可選採樣 角速度精度±250/500/2000 deg. /sec.，能夠啟動自檢。角速度數據信號輸出後，需先經過 高通濾波器，然後至運算放大器放大10倍。最後，經低通濾波器處理後，各軸向信號送至第 一微處理器U3相應輸入端。
本發明所選用的第一傾角加速度檢測單元U6的型號是MMA7361 ;該傾角加速度檢 測單元由於自帶信號調理低通濾波器，無需外部設備，採樣輸出引腳可以直接連至第一微 處理器U4，因此使用十分簡便。工作前，軟體配置選擇高靈敏度模式，啟動後先進行Og自由落體檢測。運行過程中定時自檢和溫度補償。
如圖5所示，飛行高度檢測模塊包括第一數字氣壓傳感器U7、第十五電阻R15和第十六電阻R16 ;第十五電阻R15 —端與數字電源DVCC相連,另一端與第一數字氣壓傳感器 U7的Altimeter-SDA相連；第十六電阻R16 —端與數字電源DVCC相連，另一端與第一數字氣壓傳感器U7的Altimeter-SCL相連；第一數字氣壓傳感器U7的GND端與數字地DGND相連；第一數字氣壓傳感器U7的EOC端與第一微處理器U4的Altimeter-EOC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDD端與數字電源DVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的XCLR端與第一微處理器U4的Altimeter-XCLR 相連；第一數字氣壓傳感器U7的NC端懸空。本發明所選用的數字氣壓傳感器UlO的型號是 BMP085，該傳感器通過I2C總線傳輸氣壓數據，經簡單換算即可得到飛行器當前飛行高度。
如圖6所示，數字羅盤模塊包括第一三軸數字磁阻傳感器U8、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第二十九電容C29、第三十電容C30、第三^^一電容C31和第三十二電容C32 ； 第十七電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SCL端相連； 第十八電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SDA端相連； 第二十九電容C29的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETP端相連，另一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETC端相連；第三十電容C30的一端與第一三軸數字磁阻傳感器 U8的Cl端相連，另一端與數字地相連；第三i^一電容C31 —端與第一三軸數字磁阻傳感器 U8的VDDIO相連，另一端與數字地DGND相連；第三十二電容C32的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD相連，另一端與數字地DGND相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD 端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDDIO端與數字電源DVCC相連； 第一三軸數字磁阻傳感器U8的SI端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8 的所有GND端都與數字地DGND相連。
本發明採用的第一三軸數字磁阻傳感器U8的型號是HMC5883L，是一款高集成模塊，用於鎖定飛行航向，自帶三軸磁阻傳感器、運放、自動消磁驅動器，12位ADC可控制該模塊在強磁場環境精度達到1° 2°，能夠偏差校準，靈明度高，可靠性好。具有理想低壓供電和超低功耗設計，節省飛行器工作耗能，適合飛行器電池供電。
如圖7所示，所述GPS定位導航模塊包括第一GPS集成晶片U9、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二 ^^一電阻R21、第二十二電阻R22、第三十三電容C33、第三十四電容C34、 第三十五電容C35、第三十六電容C36、第三十七電容C37、第二電感L2、第三電感L3、第四發光二極體DS4、第二肖特基整流管D2、第三肖特基整流管D3、第二備用電池BT2和第一陶瓷天線El ;第十九電阻R19的一端與第一 GPS集成晶片U9的PPS端相連，另一端與第四發光二極體DS4相連；第四發光二極體DS4的一端與第十九電阻R19相連，另一端與數字地DGND 相連； 第二十電阻的一端與第一 GPS集成晶片U9的TXA相連，另一端與第一微處理器U4的 PA3端相連；第二^ 電阻R21的一端與第一 GPS集成晶片U9的DXA相連,另一端與第一微處理器U4的PA2端相連；第二十二電阻R22的一端與第二備用電池BT2的正極相連，另一端與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連；第三十三電容C33的一端與第一微處理器U4的 PA3端相連，另一端與數字地DGND相連；第三十四電容的一端與第一微處理器U4的PA2端相連，另一端與數字地DGND相連；第三十五電容C35的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC 端相連，另一端與第二電感L2的一端相連；第二電感L2的一端與第三十五電容C35相連，另一端與數字地相連；第三十六電容C6的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另一端與第二電感L2的一端相連；第三電感L3的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連， 另一端與數字電源DVCC相連；第三十七電容C37的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第一 GPS集成晶片U9的RF_IN端與第一陶瓷天線El相連；第一 GPS集成晶片U9的所有GND端都與數字地DGND相連；第二肖特基整流管D2的正極與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連，負極與第二備用電池BT2的正極相連；第二備用電池BT2的負極與數字地DGND相連；第三肖特基整流管D3的正極與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連， 負極與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連；第一 GPS集成晶片U9的所有NC端全部懸空。
第一 GPS集成晶片U9的型號是VK1613，採用SiRF第三代高靈敏度、低耗電量晶片 StarIII,已內建ARM7TDMI CPU，搜尋及運算衛星訊號能力較強，支持3V 5V寬壓供電，工作溫度範圍大，使用海拔小於18000米，精度為2. 2米圓周誤差，具備快速定位及追蹤20顆衛星的能力，結合數字羅盤即可精確定位飛行器，提供準確位置數據，如定位坐標信息、當前衛星/[目息、二維速度彳目息。
如圖8所示，無線收發模塊包括第一高速無線數據收發集成模塊JPl ;第一高速無線數據收發集成模塊JPl的I端與數字地DGND相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的2端與數字電源DVCC相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的3端與第一微處理器U4的24L01-CE相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的4端與第一微處理器U4的24L01-CSN相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的5端與第一微處理器U4的24L01-SCK相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的6端與第一微處理器 U4的24L01-M0SI相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的7端與第一微處理器U4 的24L01-MIS0相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的8端與第一微處理器U4的 24L01-1RQ 相連。
本發明所選用的第一高速無線數據收發集成模塊JPl中的核心晶片型號是 nRF24L01。該晶片使用SPI接口與處理器通訊,採用Enhanced ShockBurst技術，且支持 2Mbps高速傳輸，可靠通信距離最遠可達600米左右。而只需在監控微機端，使用單片機與相同模塊通信即可實時接收，命令協議可使用RS232/RS485格式，命令模式參考常用AT命令。
如圖9所示，串口 /SWD調試接口電路包括第一串口調試接口 JP2、第一 SWD調試接口 JP3 ;第一串口調試接口 JP2的I端與+5V電源相連；第一串口調試接口 JP2的2端與第一微處理器U4的UARTl-TX端相連；第一串口調試接口 JP2的3端與第一微處理器U4的 UARTl-RX端相連；第一串口調試接口 JP2的4端與數字地DGND相連；第一 SWD調試接口 U5 的I端與數字電源DVCC相連；第一 SWD調試接口 JP3的2端與第一微處理器U4的SWDIO 端相連；第一 SWD調試接口 JP3的3端與第一微處理器U4的SWDCLK端相連；第一 SWD調試接口 JP3的4端與數字地DGND相連。
本發明採用SWD接口可在線調試飛行器，並燒寫程序至第一微處理器U3，以節省 IO資源供各路採樣模塊信號輸入。而留出的STM32的串口 1，便於調試過程的數據觀察以及功能擴展需要使用。
如圖10所示，信號輸入/輸出接口包括遙控信號輸入接口、四通道油門信號輸出接口和功能轉換按鍵電路。
遙控信號輸入接口包括第一遙控信號輸入接口 JP8 ;第一遙控信號輸入接口 JP8 的I端與數字地DGND相連；第一遙控信號輸入接口 JP8的2端與+5V電源相連；第一遙控 信號輸入接口 JP8的3端與第一微處理器U3的Rev-PPM相連。
四通道油門信號輸出接口包括第一信號輸出接口 JP4、第二信號輸出接口 JP5、第 三信號輸出接口 JP6和第四信號輸出接口 JP7 ;第一信號輸出接口 JP4的I端與第一微處理 器U4的PWM-CHl相連；第二信號輸出接口 JP4的3端與電源地DGND相連；第二信號輸出接 口 JP4的2端懸空；第二信號輸出接口 JP5的I端與第一微處理器U4的PWM-CH2相連；第 二信號輸出接口 JP5的3端與電源地DGND相連；第二信號輸出接口 JP5的2端懸空；第三 信號輸出接口 JP6的I端與第一微處理器U4的PWM-CH3相連；第三信號輸出接口 JP6的3 端與電源地DGND相連；第三信號輸出接口 JP6的2端懸空；第四信號輸出接口 JP7的I端 與第一微處理器U4的PWM-CH4相連；第四信號輸出接口 JP7的3端與電源地DGND相連；第 四信號輸出接口 JP7的2端懸空。
功能轉換按鍵電路包括第九電阻R9、第十電阻R10、第二開關按鍵S2和第三開關 按鍵S3 ;第九電阻R9的一端與第一微處理U4的KEYl端相連，另一端與第二按鍵S2相連； 第二按鍵S2的一端與第九電阻R9相連，另一端與數字地DGND相連；第十電阻RlO的一端 與第一微處理U4的KEY2端相連，另一端與第三按鍵3相連；第三按鍵S3的一端與第十電 阻RlO相連，另一端與數字地DGND相連。
當飛行器系統模式為自動導航模式時，第一微處理器U4實時處理、融合各傳感器 數據，直接通過四通道油門信號輸出接口輸出到各路電子調速器改變電機轉速，控制飛行 器航向；當飛行器系統模式切換為手動控制時，PPM調製的遙控信號通過第一遙控信號輸 入接口 JP8輸入到微處理器U4，經第一微處理器處理後以PWM驅動信號通過四通道油門信 號輸出接口輸出到各路電子調速器，從而改變無刷電機轉速增大或減小。
最後說明，以上描述僅用以說明本發明的技術方案而非限制其所包含範圍，即對 本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而並未脫離其目的和範圍的，均應涵蓋於本發 明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.基於貫流風機的自動導航飛行控制系統，包括供電電源模塊、微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、無線數據收發模塊、GPS定位導航模塊、串口 /SWD調試接口電路和信號輸入/輸出接口，其特徵在於機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、GPS定位導航模塊和無線數據收發模塊通過串行總線與微處理器模塊連接；供電電源模塊為微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、無線收發模塊、串口 /SWD調試接口電路和機體狀態指示電路提供工作電源；所述供電電源模塊包括+5V電源轉換穩壓電路、模擬電源轉換穩壓電路、數字電源轉換穩壓電路、電量檢測電路、機體狀態指示電路和濾波抗幹擾電路；所述+5V電源轉換電路包括第一開關型電源轉換晶片U1、第一肖特基整流管D1、第一穩流電感L1、第一電阻R1、第二電阻R2、第九電容C9、第十電容C10、第i^一電容Cll和第十二電容C12 ;第一開關型電源轉換晶片Ul的+VIN端與驅動電源PVCC相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的GND與電源地PGND相連；第一開關型電源轉換晶片Ul的^ /OFF端與電源地PGND相連；第一肖特基整流管Dl的一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的OUT端相連,另一端與電源地PGND相連；第一穩流電感LI的一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的OUT端相連，另一端與+5V相連；第一電阻Rl —端與+5V相連，另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第二電阻R2 —端與電源地PGND相連,另一端與第一開關型電源轉換晶片Ul的FB端相連；第九電容R9 —端與驅動電源PVCC相連,另一端與電源地PGND相連；第十電容RlO —端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連；第i^一電容Rll —端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；第十二電容R12 —端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；所述第一開關型電源轉換晶片Ul的型號是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管Dl的型號是 SS34 ；所述模擬電源轉換電路包括第二線性電壓調節晶片U3、第二電容C2、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第四電阻R4 ;第二線性電壓調節晶片U3的VIN端與+5V相連；第二線性電壓調節晶片U3的GND端與模擬地AGND相連；第二線性電壓調節晶片U3的VOUT端與模擬電源AVCC相連；第二電容C2的正極與+5V相連，負極與模擬地AGND相連；第六電容C6的一端與+5V相連，另一端與模擬地AGND相連；第七電容C7的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第八電容C8的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第四電阻R4 —端與電源地PGND相連，另一端與模擬地AGND相連；所述數字電源轉換電路包括第一線性電壓調節晶片U2、第一電容Cl、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第三電阻R3 ;第一線性電壓調節晶片U2的VIN端與+5V相連；第一線性電壓調節晶片U2的GND端與數字地DGND相連；第一線性電壓調節晶片U2的VOUT端與數字電源DVCC相連；第一電容Cl的正極與+5V相連，負極與數字地DGND相連；第三電容C3的一端與+5V相連，另一端與數字地DGND相連；第四電容C4的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第五電容C5的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第三電阻R3的一端與電源地PGND相連，另一端與數字地DGND相連；所述第一線性電壓調節晶片U2和第二線性電壓調節晶片U3的型號是LMl117-3. 3 ；所述電量檢測電路包括第二十三電阻R23、第二十四電阻R24 ;第二十四電阻R24 —端與驅動電源PVCC相連，另一端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連；第二十三電阻R23 —端與第一微處理器U4的VBAT-CH端相連，另一端與電源地PGND相連；所述機體狀態指不電路包括第一蜂鳴器LS1、第一三極體Ql、第一發光二極體DSl、第二發光二極體DS2、第三發光二極體DS3、第i^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13和第十四電阻R14 ;第一蜂鳴器的正極與模擬電源AVCC相連，負極與第一三極體Ql的集電極相連；第十四電阻R14的一端與第一三極體Ql的基極相連，另一端與第一微處理器U4的BELL端相連；第一三極體Ql的發射極與模擬地AGND相連；第^^一電阻Rll的一端與+5V電源相連，另一端與第一發光二極體DSl的正極相連；第一發光二極體DSl的負極與電源地PGND相連；第十二電阻R12的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第二發光二極體DS2的正極相連；第二發光二極體DS2的負極與第一微處理器U3的LEDl端相連；第十三電阻R13的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與第三發光二極體DS3的正極相連；第三發光二極體DS3的負極與第一微處理器U4的LED2端相連；所述第一三極體Ql的型號是8050 ；所述濾波抗幹擾電路包括第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二十一電容C21、第二十二電容C22、第二十三電容C23、第二十四電容C24和第二十五電容C25 ;第十八電容C18的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第十九電容C19的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地 DGND相連；第二十電容C20的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二i^一電容C21的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十二電容C22的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連 』第二十三電容C23的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十四電容C24的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；第二十五電容C25的一端與模擬電源AVCC相連，另一端與模擬地AGND相連；所述的微處理器模塊包括第一微處理器U4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第十三電容C13、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一按鍵SI和第一備用電池BTl ;第五電阻R5的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第一微處理器U4的NSRT相連；第七電阻R7的一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的B00T1相連；第八電阻R8 —端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的Β00Τ0相連；第六電阻R6 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第十六電容C16 —端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連，另一端與數字地DGND相連；第十七電容C17 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第十五電容C15 —端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第十三電容C13—端與第一微處理器U4的0SC32-0UT相連，另一端與數字地⑶ND相連；第十四電容C14與第一微處理器U4的0SC32-1N相連，另一端與數字地DGND相連；第一晶振Yl —端與第一微處理器U4的0SC32-1N相連，另一端與第一微處理器U4的0SC32-0UT相連；第二晶振Y2 —端與第一微處理器U4的OSC-1N相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第一按鍵SI 一端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第一備用電池BTl —端與第一微處理器U4的VBAT相連，另一端與數字地DGND相連；第一微處理器U4的VDD_1 VDD_4與數字電源DVCC相連；第一微處理器U4的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一微處理器U4的VSSA端與模擬地AGND相連；第一微處理器U4的VSS_1 VSS_4端與數字地DGND相連；所述第一微處理器U4的型號是STM32F101RBT6 ；所述機身姿態控制模塊包括機身三軸角速度檢測模塊和機身三軸傾角檢測模塊；機身三軸角速度檢測模塊包括第一角速度檢測單元U5、第二十六電容C26和第二十七電容C27 ;第一角速度檢測單元U5的VDDIO端與數字電源DVCC相連；第一角速度檢測單元U5的SCL/SPC端與第一微處理器U4的Gyro-SPC端相連；第一角速度檢測單元U5的SDA/SDI/SD0端與第一微處理器U4的Gyro-SDI端相連；第一角速度檢測單元U5的SD0/SA0端與第一微處理器U4的GyiO-SDO端相連；第一角速度檢測單元U5的CS端與第一微處理器U4的Gyro-CS端相連；第一角速度檢測單元U5的DR/INT2端與第一微處理器U4的Gyro-DR端相連；第一角速度檢測單元U5的8 12號引腳為RESERVED端，與數字地DGND相連 』第一角速度檢測單元U5的GND端與數字地DGND相連；第一角速度檢測單元U5的15號引腳為RESERVED端與數字電源DVCC相連；第一角速度檢測單元U5的VDD端與數字電源DVCC相連；第二十六電容C26 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十七電容C27 —端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；所述第一角速度檢測單元U5的型號是L3G4200D ；機身三軸傾角 檢測模塊包括第一傾角加速度檢測單元U6 ;第一傾角加速度檢測單元U6的5V端與+5V電源相連；第一傾角加速度檢測單元U6的GND端與模擬地AGND相連；第一傾角加速度檢測單元U6的Xout端、Yout端和Zout端分別與第一微處理器U4的Acce-X, Acce-Y和Acce-Z相連；第一傾角加速度檢測單元U6的SL端與第一微處理器U4的Acce-GS2相連；第一傾角加速度檢測單元U6的OG端與第一微處理器U4的Acce-OG相連；第一傾角加速度檢測單元U6的ST端與第一微處理器U4的Acce-GSl相連；第一傾角加速度檢測單元U6的GS端與第一微處理器U4的Acce-MODE相連；所述飛行高度檢測模塊包括第一數字氣壓傳感器U7、第十五電阻R15和第十六電阻R16 ;第十五電阻R15 —端與數字電源DVCC相連，另一端與第一數字氣壓傳感器U7的Altimeter-SDA相連；第十六電阻R16 —端與數字電源DVCC相連，另一端與第一數字氣壓傳感器U7的Altimeter-SCL相連；第一數字氣壓傳感器U7的GND端與數字地DGND相連；第一數字氣壓傳感器U7的EOC端與第一微處理器U4的Altimeter-EOC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的VDDD端與數字電源DVCC相連；第一數字氣壓傳感器U7的XCLR端與第一微處理器U4的Altimeter-XCLR相連；第一數字氣壓傳感器U7的NC端懸空；所述第一數字氣壓傳感器U7的型號是BMP085 ；所述數字羅盤模塊包括第一三軸數字磁阻傳感器U8、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第二十九電容C29、第三十電容C30、第三^^一電容C31和第三十二電容C32 ;第十七電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SCL端相連；第十八電阻的一端與數字電源DVCC相連,另一端與第一微處理器U4的Cmps-SDA端相連；第二十九電容C29的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETP端相連，另一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的SETC端相連；第三十電容C30的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的Cl端相連，另一端與數字地相連；第三十一電容C31 —端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDDIO相連，另一端與數字地DGND相連；第三十二電容C32的一端與第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD相連，另一端與數字地DGND相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDD端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的VDDIO端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的SI端與數字電源DVCC相連；第一三軸數字磁阻傳感器U8的所有GND端都與數字地DGND相連；所述第一三軸數字磁阻傳感器U8的型號是HMC5883L ；所述GPS定位導航模塊包括第一 GPS集成晶片U9、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二i^一電阻R21、第二十二電阻R22、第三十三電容C33、第三十四電容C34、第三十五電容C35、第三十六電容C36、第三十七電容C37、第二電感L2、第三電感L3、第四發光二極體DS4、第二肖特基整流管D2、第三肖特基整流管D3、第二備用電池BT2和第一陶瓷天線El ；第十九電阻R19的一端與第一 GPS集成晶片U9的PPS相連，另一端與第四發光二極體DS4相連；第四發光二極體DS4的一端與第十九電阻R19相連，另一端與數字地DGND相連；第二十電阻的一端與第一 GPS集成晶片U9的TXA相連，另一端與第一微處理器U4的PA3端相連；第二i 電阻R21的一端與第一 GPS集成晶片U9的DXA相連,另一端與第一微處理器U4的PA2端相連；第二十二電阻R22的一端與第二備用電池BT2的正極相連，另一端與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連；第三十三電容C33的一端與第一微處理器U4的PA3端相連，另一端與數字地DGND相連；第三十四電容的一端與第一微處理器U4的PA2端相連，另一端與數字地DGND相連；第三十五電容C35的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另一端與第二電感L2的一端相連；第二電感L2的一端與第三十五電容C35相連,另一端與數字地相連；第三十六電容C6的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另一端與第二電感L2的一端相連；第三電感L3的一端與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連，另一端與數字電源DVCC相連；第三十七電容C37的一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第一 GPS集成晶片U9的RF_IN端與第一陶瓷天線El相連；第一 GPS集成晶片U9的所有GND端都與數字地DGND相連；第二肖特基整流管D2的正極與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連，負極與第二備用電池BT2的正極相連；第二備用電池BT2的負極與數字地DGND相連；第三肖特基整流管D3的正極與第一 GPS集成晶片U9的VBAT端相連，負極與第一 GPS集成晶片U9的VCC端相連；第一 GPS集成晶片U9的所有NC端全部懸空；所述第一 GPS集成晶片U9的型號是VK2525 ；所述無線收發模塊包括第一高速無線數據收發集成模塊JPl ;第一高速無線數據收發集成模塊JPl的I端與數字地DGND相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的2端與數字電源DVCC相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的3端與第一微處理器U4的24L01-CE相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的4端與第一微處理器U4的24L01-CSN相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的5端與第一微處理器U4的24L01-SCK相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的6端與第一微處理器U4的24L01-M0SI相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的7端與第一微處理器U4的24L01-MIS0相連；第一高速無線數據收發集成模塊JPl的8端與第一微處理器U4的24L01-1RQ 相連；所述第一高速無線數據收發集成模塊JPl中的核心晶片型號是nRF24L01 ；所述串口 /SWD調試接口電路包括第一串口調試接口 JP2、第一 SWD調試接口 JP3 ;第一串口調試接口 JP2的I端與+5V電源相連；第一串口調試接口 JP2的2端與第一微處理器U4的UARTl-TX端相連；第一串口調試接口 JP2的3端與第一微處理器U4的UARTl-RX端相連；第一串口調試接口 JP2的4端與數字地DGND相連；第一 SWD調試接口 U5的I端與數字電源DVCC相連；第一 SWD調試接口 JP3的2端與第一微處理器U4的SWDIO端相連；第一SffD調試接口 JP3的3端與第一微處理器U4的SWDCLK端相連；第一 SWD調試接口 JP3的4端與數字地DGND相連；所述信號輸入/輸出接口包括遙控信號輸入接口、四通道油門信號輸出接口和功能轉換按鍵電路；所述遙控信號輸入接口包括第一遙控信號輸入接口 JP8 ;第一遙控信號輸入接口 JP8的I端與數字地DGND相連；第一遙控信號輸入接口 JP8的2端與+5V電源相連；第一遙控信號輸入接口 JP8的3端與第一微處理器U3的Rev-PPM相連；所述四通道油門信號輸出接口包括第一信號輸出接口 JP4、第二信號輸出接口 JP5、第三信號輸出接口 JP6·和第四信號輸出接口 JP7 ;第一信號輸出接口 JP4的I端與第一微處理器U4的PWM-CHl相連；第二信號輸出接口 JP4的3端與電源地DGND相連；第二信號輸出接口 JP4的2端懸空；第二信號輸出接口 JP5的I端與第一微處理器U4的PWM-CH2相連；第二信號輸出接口 JP5的3端與電源地DGND相連；第二信號輸出接口 JP5的2端懸空；第三信號輸出接口 JP6的I端與第一微處理器U4的PWM-CH3相連；第三信號輸出接口 JP6的3端與電源地DGND相連；第三信號輸出接口 JP6的2端懸空；第四信號輸出接口 JP7的I端與第一微處理器U4的PWM-CH4相連；第四信號輸出接口 JP7的3端與電源地DGND相連；第四信號輸出接口 JP7的2端懸空；所述功能轉換按鍵電路包括第九電阻R9、第十電阻R10、第二開關按鍵S2和第三開關按鍵S3 ;第九電阻R9的一端與第一微處理U4的KEYl端相連，另一端與第二按鍵S2相連；第二按鍵S2的一端與第九電阻R9相連，另一端與數字地DGND相連；第十電阻RlO的一端與第一微處理U4的KEY2端相連，另一端與第三按鍵3相連；第三按鍵S3的一端與第十電阻RlO相連，另一端與數字地DGND相連。
全文摘要
本發明涉及一種基於貫流風機的自動導航飛行控制系統。本發明包括供電電源模塊、微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、無線數據收發模塊、GPS定位導航模塊、串口/SWD調試接口電路和信號輸入/輸出接口。機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、數字羅盤模塊、GPS定位導航模塊和無線數據收發模塊通過串行總線與微處理器模塊連接；供電電源模塊為微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、無線收發模塊、串口/SWD調試接口電路和機體狀態指示電路提供工作電源。本發明集機身姿態控制、飛行高度檢測、無線收發等功能於一體，機體飛行具有可靠穩定性與操控性。
文檔編號G05B19/042GK103034238SQ20121059101
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者陳雲, 胡琦逸, 鄒洪波, 孔亞廣, 趙曉東 申請人:杭州電子科技大學