[實用新型]一種基于貫流風機驅動的四軸飛行器平衡穩定控制裝置

有效

• 申請號: 201220627760.1
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN202966655U
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 趙曉東;胡琦逸;鄒洪波;陳云
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B64C13/16
• 分類號: B64C13/16;B64D27/24;B64D31/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?一種基于貫流風機驅動的四軸飛行器平衡穩定控制裝置，包括微處理器模塊、機身姿態控制模塊、飛行高度檢測模塊、無線收發模塊、機身方位指示電路、串口/SWD調試接口電路、信號輸入/輸出及擴展接口、供電電源模塊，其特征在于：無線收發模塊、機身姿態控制模塊和飛行高度檢測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、機身方位指示電路、信號輸入/輸出及擴展接口提供工作電源；

所述的微處理器模塊包括微處理器模塊包括第一微處理器U3、第四電阻R4、第六電阻R6、第十電阻R10、第十三電阻R13、第九電容C9、第十電容C10、第十五電容C15、第十六電容C16、第二十二電容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按鍵S3和第一備用電池BT1；第四電阻R4一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U3的28腳BOOT1相連；第六電阻R6的一端與數字電源DVCC相連，另一端與第一微處理器U3的7腳NSRT、第三按鍵S3的一端、第十五電容C15的一端相連；第十電阻R10一端與數字地DGND相連，另一端與第一微處理器U3的60腳BOOT0相連；第十三電阻R13一端與第一微處理器U3的5腳OSC-IN、第二晶振Y2的一端、第二十二電容C22的一端相連，另一端與第一微處理器U3的6腳OSC-OUT、第二晶振Y2的另一端、第十六電容C16的一端相連；第九電容C9一端與第一微處理器U3的4腳OSC32-OUT、第一晶振Y1的一端相連，另一端與數字地DGND相連；第十電容C10一端與第一微處理器U3的3腳OSC32-IN、第一晶振Y1的另一端相連，另一端與數字地DGND相連；第十五電容C15的另一端與第三按鍵S3的另一端相連并接數字地DGND；第十六電容C16的另一端與數字地GDND相連；第二十二電容C22的另一端與數字地DGND相連；第一備用電池BT1一端與第一微處理器U3的1腳VBAT相連，另一端與數字地DGND相連；第一微處理器U3的VBAT端與備用電源VBAT相連；第一微處理器U3的32腳VDD_1、48腳VDD_2、64腳VDD_3、19腳VDD_4與數字電源DVCC相連；第一微處理器U3的13腳VDDA端與模擬電源AVCC相連；第一微處理器U3的12腳VSSA端與模擬地AGND相連；第一微處理器U3的31腳VSS_1、47腳VSS_2、63腳VSS_3、18腳VSS_4端與數字地DGND相連；所述第一微處理器U3的型號是STM32F103RCT6；

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U9、第二角速度檢測單元U11、第一Z軸向固定接口U12、第三角速度檢測單元U13、第一雙運算放大器U7、第二雙運算放大器U14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第二十五電阻R25、第二十六電阻R26、第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39、第四十電阻R40、第三十電容C30、第三十一電容C31、第三十五電容C35、第三十六電容C36、第三十七電容C37、第三十八電容C38、第三十九電容C39、第四十電容C40、第四十五電容C45、第四十六電容C46、第四十七電容C47和第四十八電容C48；第一雙運算放大器U7的4端與模擬地AGND相連；第一雙運算放大器U7的8端與+5V相連；第一角速度檢測單元U9的3腳VCC端與模擬電源AVCC相連；第一角速度檢測單元U9的2腳GND端與模擬地AGND相連；第十五電阻R15的一端與第一雙運算放大器U7的1端、第十七電阻R17的一端、第三十五電容C35的一端相連，另一端與第一微處理器U3的21腳Gyro-CH1、第三十一電容C31的一端相連；第十六電阻R16的一端與第一角速度檢測單元U9的1腳Vref、第十八電阻R18的一端、第三十六電容C36的一端相連，另一端與第一雙運算放大器U7的3端、第三十電容C30的一端相連；第十七電阻R17的一端與第一雙運算放大器U7A的2端、第十八電阻R18的另一端、第三十五電容C35的另一端相連；第三十六電容C36的另一端、第三十一電容C31的另一端均與模擬地AGND相連；第三十電容C30的另一端與第一角速度檢測單元U9的4腳OUT相連；

第二角速度檢測單元U11的3腳VCC端與模擬電源AVCC相連；第二角速度檢測單元U11的2腳GND端與模擬地AGND相連；第二十三電阻R23的一端與第一雙運算放大器U7的7端、第二十五電阻R25的一端、第三十九電容C39的一端相連，另一端與第一微處理器U3的22腳Gyro-CH2、第三十八電容C38的一端相連；第二十四電阻R24的一端與第二角速度檢測單元U11的1腳Vref、第二十六電阻R26的一端、第四十電容C40的一端相連，另一端與第一雙運算放大器U7的5端、第三十七電容C37的一端相連；第二十五電阻R25的另一端與第一雙運算放大器U7的6端、第二十六電阻R26的另一端相連；第三十七電容C37的另一端與第二角速度檢測單元U11的4腳OUT相連；第四十電容C40的另一端、第三十八電容C38的另一端均與模擬地AGND相連；

第三角速度檢測單元U13的3腳VCC端與模擬電源AVCC相連；第三角速度檢測單元U13的2腳GND端與模擬地AGND相連；第三十七電阻R37的一端與第二運算放大器U14的1端、第四十電阻R40的一端、第四十七電容C47的一端相連，另一端與第一微處理器U3的23腳Gyro-CH3、第四十六電容C46的一端相連；第三十八電阻R38的一端與第三角速度檢測單元U13的1腳Vref、第三十九電阻R39的一端、第四十八電容C48的一端相連，另一端與第二運算放大器U14的3端、第四十五電容C45的一端相連；第四十電阻R40的另一端與第二運算放大器U14的2端、第三十九電阻R39的另一端、第四十七電容C47的另一端相連；第四十五電容C45的另一端與第三角速度檢測單元U13的4腳OUT相連；第四十六電容C46的另一端與模擬地AGND相連；第四十八電容C48的另一端與模擬地AGND相連；

第一Z軸向固定接口U12的1端與+5V電源相連；第一Z軸向固定接口U12的2端與模擬地AGND相連；第一Z軸向固定接口U12的3端與模擬電源AVCC相連；第一Z軸向固定接口U12的4端與第一微處理器U3的23腳Gyro-CH3相連；所述的第一角速度檢測單元U9、第二角速度檢測單元U11和第三角速度檢測單元U13的型號均是ENC-03，第一雙運算放大器U7和第二雙運算放大器U14的型號均是LMP358AN；

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6腳5V端與+5V電源相連；第一傾角加速度檢測單元U6的8腳GND端與模擬地AGND相連；第一傾角加速度檢測單元U6的1腳Xout端、2腳Yout端和3腳Zout端分別與第一微處理器U3的15腳Acce-X、16腳Acce-Y?和17腳Acce-Z相連；第一傾角加速度檢測單元U6的4腳SL端與第一微處理器U3的11腳Acce-GS2相連；第一傾角加速度檢測單元U6的5腳0G端與第一微處理器U3的10腳Acce-0G相連；第一傾角加速度檢測單元U6的10腳ST端與第一微處理器U3的9腳Acce-GS1相連；第一傾角加速度檢測單元U6的9腳GS端與第一微處理器U3的8腳Acce-MODE相連；第一傾角加速度檢測單元U6的7腳3.3V端懸空；所述的第一傾角加速度檢測單元U6的型號是MMA7361；

所述飛行高度檢測模塊包括數字氣壓傳感器U10、第二十一電阻R21和第二十二電阻R22；第二十一電阻R21一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字氣壓傳感器U10的7腳SDA、第一微處理器U3的30腳SDA端相連；第二十二電阻R22一端與數字電源DVCC相連，另一端與數字氣壓傳感器U10的6腳SCL、第一微處理器U3的29腳SCL端相連；數字氣壓傳感器U10的1腳GND端與模擬地AGND相連；數字氣壓傳感器U10的2腳EOC端與第一微處理器U3的24腳Altimeter-EOC相連；數字氣壓傳感器U10的3腳VDDA端與模擬電源AVCC相連；數字氣壓傳感器U10的4腳VDDD端與數字電源DVCC相連；數字氣壓傳感器U10的8腳XCLR端與第一微處理器U3的25腳Altimeter-XCLR相連；數字氣壓傳感器U10的5腳NC端懸空；所述數字氣壓傳感器U10的型號是BMP085；

所述無線收發模塊包括無線收發模塊包括第一高速無線收發芯片JP1、第五電阻R5、第八電阻R8、第一按鍵S1和第二按鍵S2；第五電阻R5的一端與第一微處理器U3的52腳KEY1端相連，另一端與第一按鍵S1的一端相連；第六電阻R6的一端與第一微處理器U3的51腳KEY2端相連，另一端與第二按鍵S2的一端相連；第一按鍵S1的另一端與數字地DGND相連；第二按鍵S2的另一端與數字地DGND相連；第一高速無線收發芯片JP1的1端與數字地DGND相連；第一高速無線收發芯片JP1的2端與數字電源DVCC相連；第一高速無線收發芯片JP1的3端與第一微處理器U3的26腳24L01-CE相連；第一高速無線收發芯片JP1的4端與第一微處理器U3的33腳24L01-CSN相連；第一高速無線收發芯片JP1的5端與第一微處理器U3的34腳24L01-SCK相連；第一高速無線收發芯片JP1的6端與第一微處理器U3的36腳24L01-MOSI相連；第一高速無線收發芯片JP1的7端與第一微處理器U3的35腳24L01-MISO相連；第一高速無線收發芯片JP1的8端與第一微處理器U3的27腳24L01-IRQ相連；所述第一高速無線收發芯片JP1的型號是nRF24L01；

所述機身方位指示電路包括第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第三十一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第三十五電阻R35、第四十一電容C41、第四十二電容C42、第四十三電容C43、第四十四電容C44、第五發光二極管DS5、第六發光二極管DS6、第七發光二極管DS7、第八發光二極管DS8、第二三極管Q2、第三三極管Q7、第一場效應管Q3、第二場效應管Q4、第三場效應管Q5、第四場效應管Q6；第二十七電阻R27的一端與+5V電源、第二三極管Q2的發射極相連，另一端與第三三極管Q7的集電極、第二十八電阻R28的一端相連；第二十八電阻R28的另一端與第二三極管Q2的基極相連；第三十一電阻R31的一端與第三三極管Q7的基極相連，另一端與第一微處理器U3的44腳LED-BIG端相連；第二三極管Q2的集電極與第一微處理器U3的LED-BIG-ALL端相連；第三三極管Q7的發射極與數字地DGND相連；第三十二電阻R32的一端與第一微處理器U3的LED-BIG-ALL端、第一場效應管Q3的柵極相連，另一端與電源地PGND相連；第三十三電阻R33的一端與第一微處理器U3的LED-BIG-ALL端、第二場效應管Q4的柵極相連，另一端與電源地PGND相連；第三十四電阻R34的一端與第一微處理器U3的LED-BIG-ALL端、第三場效應管Q5的柵極相連，另一端與電源地PGND相連；第三十五電阻R35的一端與第一微處理器U3的LED-BIG-ALL端、第四場效應管Q6的柵極相連，另一端與電源地PGND相連；第四十一電容C41的正極與第二驅動電源PVCC2、第五發光二極管DS5的正極相連，負極與第一場效應管Q3的漏極、第五發光二極管DS5的負極相連；第四十二電容C42的正極與第二驅動電源PVCC2、第六發光二極管DS6的正極相連，負極與第二場效應管Q4的漏極、第六發光二極管DS6的負極相連；第四十三電容C43的正極與第二驅動電源PVCC2、第七發光二極管DS7的正極相連，負極與第三場效應管Q5的漏極、第七發光二極管DS7的負極相連；第四十一電容C44的正極與第二驅動電源PVCC2、第八發光二極管DS8的正極相連，負極與第一場效應管Q6的漏極、第八發光二極管DS8的負極相連；第一場效應管Q3的源極與電源地PGND相連；第二場效應管Q4的源極與電源地PGND相連；第第三場效應管Q5的源極與電源地PGND相連；第四場效應管Q6的源極與電源地PGND相連；

所述第一場效應管Q3、第二場效應管Q4、第三場效應管Q5和第四場效應管Q6的型號均是IRLR7843，第二三極管Q2的型號是8550，第三三極管Q7的型號是8050；

串口/SWD調試接口電路包括第一串口調試接口JP3、第一SWD調試接口U5；第一串口調試接口JP3的1端與+5V電源相連；第一串口調試接口JP3的2端與第一微處理器U3的42腳UART1-TX端相連；第一串口調試接口JP3的3端與第一微處理器U3的43腳UART1-RX端相連；第一串口調試接口JP3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U5的2端與第一微處理器U3的46腳PA13端相連；第一SWD調試接口U5的3端與第一微處理器U3的49腳PA14端相連；第一SWD調試接口U5的4端與數字地DGND相連；

所述信號輸入/輸出及擴展接口包括遙控信號輸入接口、四通道油門信號輸出接口和擴展功能接口；

遙控信號輸入接口包括第一遙控信號輸入接口P1；第一遙控信號輸入接口P1的1端與第一微處理器U3的39腳Rev-PPM相連；第一遙控信號輸入接口P1的2端與+5V電源相連；第一遙控信號輸入接口P1的3端與數字地DGND相連；

四通道油門信號輸出接口包括第二插接口JP5、第三插接口JP9、第四插接口JP12和第五插接口JP15；第二插接口JP5的1端與第一微處理器U3的58腳PWM-CH1相連；第二插接口JP5的3端與電源地PGND相連；第二插接口JP5的2端懸空；第三插接口JP9的1端與第一微處理器U3的59腳PWM-CH2相連；第三插接口JP9的3端與電源地PGND相連；第三插接口JP9的2端懸空；第四插接口JP12的1端與第一微處理器U3的61腳PWM-CH3相連；第四插接口JP12的3端與電源地PGND相連；第四插接口JP12的2端懸空；第五插接口JP15的1端與第一微處理器U3的62腳PWM-CH4相連；第五插接口JP15的3端與電源地PGND相連；第五插接口JP15的2端懸空；

擴展功能接口包括第一插接口JP2；第一插接口JP2的1端與第一微處理器U3的57腳R-PB5端相連；第一插接口JP2的2端與第一微處理器U3的2腳R-PC13-TAM端相連；第一插接口JP2的3端與第一微處理器U3的38腳R-PC7端相連；第一插接口JP2的4端與第一微處理器U3的40腳R-PC9端相連；第一插接口JP2的5端與數字電源DVCC、第一插接口JP2的7端相連；第一插接口JP2的6端與第一微處理器U3的37腳R-PC6端相連；第一插接口JP2的8端與第一插接口JP2的10端、數字地DGND相連；第一插接口JP2的9端與+5V相連；

所述供電電源模塊包括供電電源電路、電量檢測電路、+5V電源轉換電路、數字電源轉換電路、模擬電源轉換電路、電子調速器供電接口電路、狀態指示電路和濾波抗干擾電路；

所述供電電源電路包括第五T型接口JP7、第六T型接口JP13、第一撥動開關JP6、第二撥動開關JP10、第三發光二極管DS3、第四發光二極管DS4、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第一電容C27、第二十八電容C28、第二十九電容C29、第二電容C32、第三十三電容C33和第三十四電容C34；第五T型接口JP7的V端與第一撥動開關JP6的1端相連；第五T型接口JP7的G端與電源地PGND相連；第一電容C27的正極與第一撥動開關JP6的2端、第二十八電容C28的一端、第二十九電容C29的一端相連并輸出第一驅動電源PVCC1，負極與第二十八電容C28的另一端、第二十九電容C29的另一端相連并接電源地PGND；第六T型接口JP13的V端與第二撥動開關JP10的1端相連；第六T型接口JP13的G端與電源地PGND相連；第二電容C32的正極與第二撥動開關JP10的2端、第三十三電容C33的一端、第三十四電容C34的一端相連并輸出第二驅動電源PVCC2，負極與第三十三電容C33的另一端、第三十四電容C34的另一端相連并接電源地PGND；第十九電阻R19的一端與第一驅動電源PVCC1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的負極與電源地PGND相連；第二十電阻R20的一端與第二驅動電源PVCC2相連，另一端與第四發光二極管DS4的正極相連，第四發光二極管DS4的負極與電源地PGND相連；

所述電量檢測電路包括第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三十六電阻R36和第三十七電阻R37；第二十九電阻R29一端與第一驅動電源PVCC1相連，另一端與第一微處理器U3的20腳VBAT-CH1端、第三十六電阻R36的一端相連；第三十電阻R30一端與第二驅動電源PVCC2相連，另一端與第一微處理器U3的14腳VBAT-CH2端、第三十七電阻R37的一端相連；第三十六電阻R36的另一端與模擬地AGND相連；第三十七電阻R37的另一端與模擬地AGND相連；

所述+5V電源轉換電路包括第一開關型電源轉換芯片U4、第一肖特基整流管D1、第一穩流電感L1、第七電阻R7、第九電阻R9、第十一電容C11、第十二電容C12、第十三電容C13和第十四電容C14；第一開關型電源轉換芯片U4的1腳+VIN端與第十一電容C11的一端、第十四電容C14的一端相連并接第一驅動電源PVCC1；第一開關型電源轉換芯片U4的3腳GND端與第十一電容C11的另一端、第十四電容C14的另一端、第一開關型電源轉換芯片U4的5腳????????????????????????????????????????????????/OFF端、第一肖特基整流管D1的正極、第十二電容C12的負極、第十三電容C13的一端、第九電阻R9的一端相連并接電源地PGND；第一肖特基整流管D1的負極與第一開關型電源轉換芯片U4的2腳OUT端、第一穩流電感L1的一端相連；第一穩流電感L1的另一端與第十二電容C12的正極、第十三電容C13的另一端、第七電阻R7的一端相連并輸出+5V；第七電阻R7的另一端與第一開關型電源轉換芯片U4的4腳FB端、第九電阻R9的另一端相連；所述第一開關型電源轉換芯片U4的型號是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管D1的型號是SS34；

所述數字電源轉換電路包括第一線性電壓調節芯片U1、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U1的VIN端與第一電容C1的正極、第三電容C3的一端相連并接+5V；第一線性電壓調節芯片U1的GND端與第一電容C1的負極、第三電容C3的另一端、第四電容C4的一端、第五電容C5的一端相連并接數字地DGND；第一線性電壓調節芯片U1的VOUT端與第四電容C4的另一端、第五電容C5的另一端相連并輸出數字電源DVCC；

所述模擬電源轉換電路包括第二線性電壓調節芯片U2、第二電容C2、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8和第二電阻R2；第二線性電壓調節芯片U2的VIN端與第二電容C2?的正極、第六電容C6的一端相連并接+5V；第二線性電壓調節芯片U2的GND端與第二電容C2?的負極、第六電容C6的另一端、第七電容C7的一端、第八電容C8的一端相連并接數字地DGND；第二線性電壓調節芯片U2的VOUT端與第七電容C7的另一端、第八電容C8的另一端相連并輸出模擬電源AVCC；第二電阻R2的一端與電源地PGND相連，另一端與模擬地AGND相連；所述第一線性電壓調節芯片U1和第二線性電壓調節芯片U2的型號均是LM1117-3.3；

所述電子調速器供電接口電路包括第一T型接口JP4、第二T型接口JP8、第三T型接口JP11和第四T型接口JP14；第一T型接口JP4的V端與第一驅動電源PVCC1相連；第一T型接口JP4的G端與電源地PGND相連；第二T型接口JP8的V端與第一驅動電源PVCC1相連；第二T型接口JP8的G端與電源地PGND相連；第三T型接口JP11的V端與第二驅動電源PVCC2相連；第三T型接口JP11的G端與電源地PGND相連；第四T型接口JP14的V端與第二驅動電源PVCC2相連；第四T型接口JP14的G端與電源地PGND相連；

所述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、第十一電阻R11、第十二電阻R12和第十四電阻R14；第一蜂鳴器LS1的正極與數字電源DVCC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U3的41腳BELL1端相連；第一三極管Q1的射極與數字地DGND相連；第十一電阻R11的一端與數字電源DVCC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的負極與第一微處理器U3的54腳LED1端相連；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53腳LED2端相連；

所述濾波抗干擾電路包括第十七電容C17、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、第二十四電容C24、第二十五電容C25和第二十六電容C26；第十七電容C17的一端與第十八電容C18的一端、第十九電容C19的一端、第二十電容C20的一端、第二十一電容C21的一端相連并接數字電源DVCC，另一端與第十八電容C18的另一端、第十九電容C19的另一端、第二十電容C20的另一端、第二十一電容C21的另一端相連并接數字地DGND；第二十四電容C24的一端與第二十五電容C25的一端、第二十六電容C26的一端相連并接模擬電源AVCC，另一端與第二十五電容C25的另一端、第二十六電容C26的另一端相連并接模擬地AGND。