[發明專利]一種基于雙音多頻信號的四旋翼飛行器控制系統及方法

無效

• 申請號: 201210283430.X
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102799188A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 張婷;程思源;舒駿逸;陳建良;常彥春
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;H04M11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙音多頻信號技術的四旋翼飛行器控制系統，其特征在于，包括雙音多頻信號接收模塊（1）、雙音多頻信號解碼模塊（5）、主控模塊（6）、飛行控制模塊（11）、電源模塊（15）和用戶控制終端（18）；

其中，所述雙音多頻信號接收模塊（1）用于接收經用戶控制終端（18）發送過來的雙音多頻信號，并將其發送給雙音多頻信號解碼模塊（5）；

所述雙音多頻信號接收模塊（1）包括GSM模塊（3）、音頻接口（4）與第一串行接口（2），GSM模塊（3）安裝有SIM卡；其中，所述串行接口（2）用于建立雙音多頻信號接收模塊（1）和主控模塊（6）之間的通信連接；所述GSM模塊（3）接收經用戶控制終端（18）發送過來的雙音多頻信號，并通過音頻接口（4）將該雙音多頻信號發送至雙音多頻信號解碼模塊（5）；其中，所述GSM模塊（3）要求擁有能用于和主控模塊（6）建立連接的AT命令集；所述音頻接口（4）的輸出信號幅值不低于500mv；第一串行接口（2）要求能夠支持全雙工異步串行，其波特率為9600；

所述雙音多頻信號解碼模塊（5）用于對接收到的雙音多頻信號進行解碼，產生相應的二進制代碼，并發送給主控模塊（6）；該模塊包括解碼芯片和外圍電路；其中，所述解碼芯片必須能夠對12種頻率組合的雙音多頻信號輸入進行解碼，并產生4bit的二進制代碼輸出；同時，所述外圍電路要求具有濾波功能，能夠將低于600Hz高于1500Hz的干擾信號濾除；

所述主控模塊（6）負責讀取按鍵對應的二進制代碼，并產生一組對應的脈位調制信號；該模塊包括微處理器（9）、I/O接口（8）、第二串行接口（7）和PWM模塊（10）；其中，微處理器（9）主頻要求不低于8MHz，字長不低于8位，內存不少于8KB；I/O接口（8）為通用接口，最大輸入輸出電流不低于20mA；第二串行接口（7）具有異步串行功能，具有能產生0至2.5ms；PWM模塊（10）要求能產生0至2.5ms，周期20ms的波形；

所述飛行控制模塊（11）用于根據主控模塊（6）發送的脈位調制信號，利用姿態控制算法得到電機的電壓控制量；該模塊包括控制器（12）、姿態檢測傳感器（13）；其中，控制器（12）主頻要求不低于16MHz，字長不低于8位，內存不少于64KB，擁有8位以上定時器和6路以上10位模數轉換器，具有I2C通信功能；要求姿態檢測傳感器（13）所采用的陀螺儀具有I2C通信功能，測量角速度范圍在±2000rad/s之間，輸出數字信號頻率不低于400Hz；要求姿態檢?測傳感器（13）所采用的加速度計測量范圍不低于8g，分辨率不低于10位，具有I2C通信功能；

所述電源模塊（15）包括電池（17）和電平轉換模塊（16），電池（17）的作用是提供系統總電源并為四旋翼飛行器的電機供電；電平轉換模塊（16）作用是根據系統中各功能模塊的工作電平為它們供電；特別的，要求電池（17）容量不低于2000mAh；電平轉換模塊（16）要求能夠將電池（17）電壓轉換為3.3V--9V的連續可調電壓；

所述雙音多頻信號接收模塊（1）、雙音多頻信號解碼模塊（5）、主控模塊（6）、飛行控制模塊（11）、電源模塊（15）均安裝在四旋翼飛行器上；

用戶控制終端（18）與雙音多頻信號接收模塊（1）之間通過電訊號實現通信；雙音多頻信號接收模塊（1）的輸出端和雙音多頻信號解碼模塊（5）的輸入端相連，雙音多頻信號解碼模塊（5）的輸出端與主控模塊（6）的輸入端相連，主控模塊（6）的輸出端與飛行控制模塊（11）的輸入端相連；電源模塊（15）同雙音多頻信號接收模塊（1）、雙音多頻信號解碼模塊（5）、主控模塊（6）、飛行控制模塊（11）分別相連。

2.一種使用權利要求1所述控制系統對四旋翼飛行器進行控制的方法，其特征在于包括以下步驟：

首先，控制者使用用戶控制終端（18）撥打四旋翼飛行器雙音多頻信號接收模塊（1）上的SIM卡號碼；

當雙音多頻信號接收模塊（1）通過第一串行接口（2）向控制器（12）發送來電指令“RING”后，主控模塊（6）回復接通指令“ATA”，從而接通電話，建立用戶控制終端（18）與四旋翼飛行器之間的通信；

當電話接通后，控制者按壓用戶控制終端（18）的按鍵；雙音多頻信號接收模塊（1）接收到該按鍵對應的雙音多頻信號后將其發送給雙音多頻信號解碼模塊（5），雙音多頻信號解碼模塊（5）識別出該信號對應的按鍵信息，產生相應二進制代碼，發送至主控模塊（6）；具體的，每個二進制代碼代表一個按鍵，共有0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100共12個二進制代碼，分別代表“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“*”、“0”、“#”等12個按鍵；主控模塊（6）通過讀取二進制代碼，確定當前按鍵，進而執行對應的操作；?

主控模塊（6）將按鍵信息轉換為一組脈位調制信號，其每個周期包含4個通道信號，在主控模塊（6）內部，各通道的低電平寬度大小以數值存放，主控模塊（6）的PWM模塊（10）按照該數值大小產生不同寬度的脈沖；每按壓一次按鍵，相應通道的數值大小就被改變，變化程度大小通過程序設定；當沒有按鍵時，脈位調制信號各通道低電平寬度維持上次不變，持續發送此脈位調制信號；

飛行控制模塊（11）根據主控模塊（6）發送的脈位調制信號,利用姿態控制算法得到電機的電壓控制量，實現對四旋翼飛行器的飛行姿態進行控制，完成起飛、懸停、前進、后退、向左偏航、向右偏航、自旋和降落等運動。?