[發明專利]基于貫流風機的自動導航飛行控制系統

有效

• 申請號: 201210591012.7
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103034238A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 陳云;胡琦逸;鄒洪波;孔亞廣;趙曉東
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B19/042
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?基于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，其特征在于：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干擾電路；

所述+5V電源轉換電路包括第一開關型電源轉換芯片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、第十一電容C11和第十二電容C12；第一開關型電源轉換芯片U1的+VIN端與驅動電源PVCC相連；第一開關型電源轉換芯片U1的GND與電源地PGND相連；第一開關型電源轉換芯片U1的???????????????????????????????????????????????/OFF端與電源地PGND相連；第一肖特基整流管D1的一端與第一開關型電源轉換芯片U1的OUT端相連，另一端與電源地PGND相連；第一穩流電感L1的一端與第一開關型電源轉換芯片U1的OUT端相連，另一端與+5V相連；第一電阻R1一端與+5V相連，另一端與第一開關型電源轉換芯片U1的FB端相連；第二電阻R2一端與電源地PGND相連，另一端與第一開關型電源轉換芯片U1的FB端相連；第九電容R9一端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連；第十電容R10一端與驅動電源PVCC相連，另一端與電源地PGND相連；第十一電容R11一端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；第十二電容R12一端與+5V相連，另一端與電源地PGND相連；?

所述第一開關型電源轉換芯片U1的型號是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管D1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芯片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；第二線性電壓調節芯片U3的VIN端與+5V相連；第二線性電壓調節芯片U3的GND端與模擬地AGND相連；第二線性電壓調節芯片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R4一端與電源地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芯片U2、第一電容C1、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5和第三電阻R3；第一線性電壓調節芯片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；第一線性電壓調節芯片U2的VOUT端與數字電源DVCC相連；第一電容C1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芯片U2和第二線性電壓調節芯片U3的型號是LM1117-3.3；

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R23一端與第一微處理器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、第一三極管Q1、第一發光二極管DS1、第二發光二極管DS2、第三發光二極管DS3、第十一電阻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，負極與第一三極管Q1的集電極相連；第十四電阻R14的一端與第一三極管Q1的基極相連，另一端與第一微處理器U4的BELL端相連；第一三極管Q1的發射極與模擬地AGND相連；第十一電阻R11的一端與+5V電源相連，另一端與第一發光二極管DS1的正極相連；第一發光二極管DS1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管DS2的正極相連；第二發光二極管DS2的負極與第一微處理器U3的LED1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管DS3的正極相連；第三發光二極管DS3的負極與第一微處理器U4的LED2端相連；

所述第一三極管Q1的型號是8050；

所述濾波抗干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；第二十一電容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S1和第一備用電池BT1；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BOOT1相連；第八電阻R8一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U4的BOOT0相連；第六電阻R6一端與第一微處理器U4的OSC-IN相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第十六電容C16一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連，另一端與數字地DGND相連；第十七電容C17一端與第一微處理器U4的OSC-IN相連，另一端與數字地DGND相連；第十五電容C15一端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第十三電容C13一端與第一微處理器U4的OSC32-OUT相連，另一端與數字地GDND相連；第十四電容C14與第一微處理器U4的OSC32-IN相連，另一端與數字地DGND相連；第一晶振Y1一端與第一微處理器U4的OSC32-IN相連，另一端與第一微處理器U4的OSC32-OUT相連；第二晶振Y2一端與第一微處理器U4的OSC-IN相連，另一端與第一微處理器U4的OSC-OUT相連；第一按鍵S1一端與第一微處理器U4的NSRT相連，另一端與數字地DGND相連；第一備用電池BT1一端與第一微處理器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/SDO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SDO/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C26一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字地DGND相連；第二十七電容C27一端與數字電源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0G端與第一微處理器U4的Acce-0G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-GS1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R15一端與數字電源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R16一端與數字電源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、第三十一電容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CI端相連，另一端與數字地相連；第三十一電容C31一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集成芯片U9、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二十一電阻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、第四發光二極管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E1；第十九電阻R19的一端與第一GPS集成芯片U9的PPS相連，另一端與第四發光二極管DS4相連；第四發光二極管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集成芯片U9的TXA相連，另一端與第一微處理器U4的PA3端相連；第二十一電阻R21的一端與第一GPS集成芯片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集成芯片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集成芯片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集成芯片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集成芯片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集成芯片U9的RF_IN端與第一陶瓷天線E1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集成芯片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集成芯片U9的VBAT端相連，負極與第一GPS集成芯片U9的VCC端相連；第一GPS集成芯片U9的所有NC端全部懸空；

所述第一GPS集成芯片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JP1；第一高速無線數據收發集成模塊JP1的1端與數字地DGND相連；第一高速無線數據收發集成模塊JP1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JP1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JP1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JP1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JP1的6端與第一微處理器U4的24L01-MOSI相連；第一高速無線數據收發集成模塊JP1的7端與第一微處理器U4的24L01-MISO相連；第一高速無線數據收發集成模塊JP1的8端與第一微處理器U4的24L01-IRQ相連；

所述第一高速無線數據收發集成模塊JP1中的核心芯片型號是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1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UART1-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UART1-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1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；

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1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1端與第一微處理器U4的PWM-CH1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1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1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1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KEY1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R10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R10相連，另一端與數字地DGND相連。