一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法
2023-05-17 23:06:26 3
一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，包括集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅動電機、三軸陀螺儀、電源節能模塊、充電管理模塊、電池、充電口和地磁方位傳感器；所述集成定位通訊模塊、三軸陀螺儀、電源節能模塊、地磁方位傳感器的數據輸出端均與中央控制器的輸入端連接，所述中央控制器的輸出端經飛行控制模塊與螺旋槳驅動電機的輸入端連接。本發明同時採取GSM/GPS雙重定位的方式，可以廣泛利用網際網路或其他行動網路等進行信息、信號的傳送，為定位和飛行控制帶來了方便；其有效分配能源，符合現代低碳環保的理念，成本低、高效又節能。
【專利說明】一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]早在上世紀中期，微小型多旋翼飛行器已經受到海外一些研究機構的親睞，但多旋翼飛行器一般尺寸較小，負載能力較差，無法搭載傳統的高精度傳感器。直到本世紀初，MEMS傳感器技術的發展使微小型多旋翼飛行器的研究得到突破。
[0003]四旋翼飛行器四個螺旋槳分為兩組，且旋轉方向相反，必須通過改變各個螺旋槳的速度完成各種飛行動作。傳統的四旋翼飛行器安裝各種科學儀器後，可應用於科研和其它領域，比如農田信息的採集、林業資源勘探、災害救助等，此種環境下四旋翼飛行器的距離將遠遠超出有限的遙控距離，無法完成有效控制。且對於飛行器的平衡問題，如專利號為ZL201220557994.3採用的三個陀螺儀，同時對於速度控制增加了三軸加速度，這樣無疑增加了飛行器本身的重量，不利於遠距離飛行；專利號ZL201320303844.4採用的藍牙模塊控制四旋翼飛行器的飛行，此種方式需要藍牙對接，且通信距離有限；專利號ZL201320029529.7採用的GSM通信方式連接到手機，通過手機實現四旋翼飛行器的遠程控制，但此種方式實時效果差，且均未考慮到節能的問題。
【發明內容】
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供了一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法，該基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統及其控制方法通過集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅動電機、三軸陀螺儀、電源節能模塊等解決了飛行器本身的重量大、通信距離有限和實時效果差的問題。
[0005]本發明通過以下技術方案得以實現。
[0006]本發明提供的一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，包括集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅動電機、三軸陀螺儀、電源節能模塊、充電管理模塊、電池、充電口和地磁方位傳感器；所述集成定位通訊模塊、三軸陀螺儀、電源節能模塊、地磁方位傳感器的數據輸出端均與中央控制器的輸入端連接，所述中央控制器的輸出端經飛行控制模塊與螺旋槳驅動電機的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊和電源節能模塊的輸入端均與充電管理模塊的輸出端連接，所述充電管理模塊、電池、充電口依次順序連接。
[0007]所述集成定位通訊模塊為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊採用GPS/GSM相結合的雙定位方式、GPRS/GSM相結合的網絡通信方式。
[0008]所述中央控制器的主控晶片為RL78系列的R5F100LE。
[0009]所述三軸陀螺儀的主晶片是MPU-6050。
[0010]一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0011]a、系統初始化操作；
[0012]b、通過GPRS網絡連通手機與飛行器之間的通信，並將AT指令與相應的命令指令對應存儲到四旋翼飛行器的中央控制器的軟體代碼中；
[0013]C、集成定位通訊模塊定位功能的實現:
[0014]在室內或大型障礙物下，系統會啟動集成定位通訊模塊的GSM/GPRS部分進行定位數據接收和傳送；
[0015]在室外空曠地，GPS定位效果較好時，則系統通過啟用集成定位通訊模塊的GPS部分進行定位數據接收和傳送；
[0016]d、定位數據經中央控制器進行分析處理，將採集的當前定位信息利用集成定位通訊模塊的GSM/GPRS發送到預設定的告警號碼、網際網路，告知用戶飛行器的當前位置信息；
[0017]e、遠程控制者使用手機經由GPSR通信窗口，發送相應AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊，GPRS收到相應指令後，將命令指令送到中央控制器中；
[0018]f、中央控制器分析處理後得到控制者的控制命令，並根據步驟c中集成定位通訊模塊所得到的定位數據和地磁方位傳感器的數據，生成出對四旋翼飛行器的飛行控制模塊的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動作。
[0019]本發明的有益效果在於:同時採取GSM/GPS雙重定位的方式，有效做到室內和室外以及高大建築物旁定位信息的接收，且只需通過GPRS/GSM網絡通信的功能與手機建立無線網絡連接，就能實現遠程實時通過手機對四旋翼飛行器的多功能控制，也可以廣泛利用網際網路或其他行動網路等進行信息、信號的傳送，為定位和飛行控制帶來了更多方便；通過設置的電源節能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，並保證所有裝置運作的節能，符合現代低碳環保的理念，成本低，提高了系統數據通信的實時效果、降低能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明微型四旋翼飛行器控制系統的控制框圖；
[0021]圖中:1_集成定位通訊模塊，2-中央控制器，3-飛行控制模塊，4-螺旋槳驅動電機，5-三軸陀螺儀，6-電源節能模塊，7-充電管理模塊，8-電池，9-充電口，10-地磁方位傳感器。
【具體實施方式】
[0022]下面進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的範圍並不局限於所述。
[0023]如圖1所示的一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，包括集成定位通訊模塊1、中央控制器2、飛行控制模塊3、螺旋槳驅動電機4、三軸陀螺儀5、電源節能模塊6、充電管理模塊7、電池8、充電口 9和地磁方位傳感器10 ;所述集成定位通訊模塊
1、三軸陀螺儀5、電源節能模塊6、地磁方位傳感器10的數據輸出端均與中央控制器2的輸入端連接，所述中央控制器2的輸出端經飛行控制模塊3與螺旋槳驅動電機4的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊I和電源節能模塊6的輸入端均與充電管理模塊7的輸出端連接，所述充電管理模塊7、電池8、充電口 9依次順序連接。
[0024]通過GPS/GSM相結合的雙定位方式，有效做到室內和室外以及高大建築物旁定位信息的接收，同時採用GPRS/GSM的通信方式，相比於傳統的四旋翼器控制系統，能夠更好的實現對四旋翼飛行器的實時控制；通過設置的電源節能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，並保證所有裝置運作的節能，符合現代低碳環保的理念。
[0025]所述集成定位通訊模塊I為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊採用GPS/GSM相結合的雙定位方式、GPRS/GSM相結合的網絡通信方式。相比於傳統的定位方式，避免了單一主機接受定位信息的局限性，可以廣泛利用網際網路、行動網路等進行信息、信號的傳送，為定位和飛行控制帶來了更多方便。
[0026]所述中央控制器2的主控晶片為RL78系列的R5F100LE。
[0027]所述三軸陀螺儀5的主晶片是MPU-6050。可以用來完成角度測量和角加速度檢測，創造性的實現將三個正交軸的陀螺儀傳感器與三正交軸加速度傳感器六自由度集成一起，保證了飛行器的平衡飛行。
[0028]所述基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0029]a、系統初始化操作；
[0030]b、通過GPRS網絡連通手機與飛行器之間的通信，並將AT指令與相應的命令指令對應存儲到四旋翼飛行器的中央控制器2的軟體代碼中；
[0031]C、集成定位通訊模塊I定位功能的實現:
[0032]在室內或大型障礙物下，系統會啟動集成定位通訊模塊I的GSM/GPRS部分進行定位數據接收和傳送；
[0033]在室外空曠地，GPS定位效果較好時，則系統通過啟用集成定位通訊模塊I的GPS部分進行定位數據接收和傳送；
[0034]d、定位數據經中央控制器2進行分析處理，將採集的當前定位信息利用集成定位通訊模塊I的GSM/GPRS發送到預設定的告警號碼、網際網路，告知用戶飛行器的當前位置信息；
[0035]e、遠程控制者使用手機經由GPSR通信窗口，發送相應AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊1，GPRS收到相應指令後，將命令指令送到中央控制器2中；
[0036]f、中央控制器2分析處理後得到控制者的控制命令，並根據步驟c中集成定位通訊模塊I所得到的定位數據和地磁方位傳感器10的數據，生成出對四旋翼飛行器的飛行控制模塊3的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動作。
[0037]本發明有益效果是體積小、高效節能、構思巧妙，同時採取GSM/GPS雙重定位的方式，有效做到室內和室外以及高大建築物旁定位信息的接收，且只需通過GPRS/GSM網絡通信的功能與手機建立無線網絡連接，就能實現遠程實時通過手機對四旋翼飛行器的多功能控制，通過設置的電源節能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，並保證所有裝置運作的節能，符合現代低碳環保的理念，成本低，從而拓展了四旋翼飛行器的應用前景。
【權利要求】
1.一種基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，包括集成定位通訊模塊(I)、中央控制器(2)、飛行控制模塊(3)、螺旋槳驅動電機(4)、三軸陀螺儀(5)、電源節能模塊(6)、充電管理模塊(7)、電池(8)、充電口(9)和地磁方位傳感器(10)，其特徵在於:所述集成定位通訊模塊(I)、三軸陀螺儀(5)、電源節能模塊(6)、地磁方位傳感器(10)的數據輸出端均與中央控制器(2)的輸入端連接，所述中央控制器(2)的輸出端經飛行控制模塊(3)與螺旋槳驅動電機(4)的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊(I)和電源節能模塊(6)的輸入端均與充電管理模塊(7)的輸出端連接，所述充電管理模塊(7)、電池(8)、充電口(9)依次順序連接。
2.如權利要求1所述的基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，其特徵在於:所述集成定位通訊模塊(I)為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊採用GPS/GSM相結合的雙定位方式、GPRS/GSM相結合的網絡通信方式。
3.如權利要求1所述的基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，其特徵在於:所述中央控制器(2)的主控晶片為RL78系列的R5F100LE。
4.如權利要求1所述的基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，其特徵在於:所述三軸陀螺儀(5)的主晶片是MPU-6050。
5.一種權利要求1?4任一所述的基於集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統，其特徵在於，包括以下步驟: a、系統初始化操作； b、通過GPRS網絡連通手機與飛行器之間的通信，並將AT指令與相應的命令指令對應存儲到四旋翼飛行器的中央控制器(2)的軟體代碼中； C、集成定位通訊模塊模塊(I)定位功能的實現: 在室內或大型障礙物下，系統會啟動集成定位通訊模塊模塊(I)的GSM/GPRS部分進行定位數據接收和傳送； 在室外空曠地，GPS定位效果較好時，則系統通過啟用集成定位通訊模塊模塊(I)的GPS部分進行定位數據接收和傳送； d、定位數據經中央控制器(2)進行分析處理，將採集的當前定位信息利用集成定位通訊模塊模塊(I)的GSM/GPRS發送到預設定的告警號碼、網際網路，告知用戶飛行器的當前位置信息； e、遠程控制者使用手機經由GPSR通信窗口，發送相應AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊模塊(I)，GPRS收到相應指令後，將命令指令送到中央控制器⑵中； f、中央控制器⑵分析處理後得到控制者的控制命令，並根據步驟c中集成定位通訊模塊模塊(I)所得到的定位數據和地磁方位傳感器(10)的數據，生成出對四旋翼飛行器的飛行控制模塊(3)的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動作。
【文檔編號】H04L29/06GK104133483SQ201410322621
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】熊中剛, 賀娟, 陳連貴, 葉振環, 令狐金卿, 敖邦乾, 羅素蓮, 曲祥君, 劉健, 包勇, 李偉, 歐光照, 劉建, 吳廷強, 安玉, 熊飛嶠 申請人:遵義師範學院