[實(shí)用新型]基于Cortex-M3無(wú)人機(jī)智能控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420423087.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203982176U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任玉東;李云鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及無(wú)人機(jī)控制技術(shù)，具體涉及基于Cortex-M3無(wú)人機(jī)智能控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

微小型多旋翼無(wú)人機(jī)(MMR)是指具有多于兩個(gè)旋翼的飛行器。隨著嵌入式處理器、傳感器、導(dǎo)航、通信、動(dòng)力與能源供給以及控制理論等技術(shù)的發(fā)展，具有廣闊軍事和民用前景的微小型多旋翼無(wú)人機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，并逐步應(yīng)用于軍事偵察、高空拍攝、交通監(jiān)控以及自然災(zāi)害勘察等領(lǐng)域，因此搭建飛行控制系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)深入研究微小型多旋翼無(wú)人機(jī)自主飛行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前市場(chǎng)上飛行控制系統(tǒng)采用ARM7、DSP等高速處理器作為控制芯片，該類(lèi)單芯片飛控系統(tǒng)要求在一個(gè)控制周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集、處理、控制運(yùn)算以及指令輸出，同時(shí)還需要將數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)控系統(tǒng)，過(guò)重的負(fù)荷影響了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種雙芯片飛行控制系統(tǒng)，采用2個(gè)STM32處理器同時(shí)分工協(xié)作的機(jī)制，完成自主飛行控制的任務(wù)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供基于Cortex-M3無(wú)人機(jī)智能控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：本實(shí)用新型提供了基于Cortex-M3無(wú)人機(jī)智能控制系統(tǒng)，本實(shí)用新型包括雙芯片飛控部分和地面控制站部分。

所述雙芯片飛控部分包括主控模塊和從控模塊兩部分，所述主、從控制模塊之間通過(guò)高速SPI接口進(jìn)行雙機(jī)通信。

所述主控模塊包括主控制器、氣壓傳感器、地磁傳感器、IMU模塊、GPS模塊、遙控接收機(jī)和XBEE模塊。

所述氣壓傳感器、所述地磁傳感器以及所述GPS模塊采集的均是數(shù)字信號(hào)量，相對(duì)較簡(jiǎn)單。

所述氣壓傳感器用于采集大氣的絕對(duì)壓強(qiáng)；所述地磁傳感器用于感應(yīng)地磁場(chǎng)的變化，指示飛行器的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)角度等信息；所述GPS模塊用于采集無(wú)人機(jī)飛行時(shí)所處的具體位置。

所述IMU模塊用于驗(yàn)證控制板上各種傳感器的性能并估算姿態(tài)角的準(zhǔn)確性。

所述遙控接收機(jī)用于接收遙控器發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，通過(guò)串口送給所述主控制器。

所述XBEE模塊采用2.4GHz與地面控制站進(jìn)行無(wú)線通信

所述從控模塊包括從控制器、加速度傳感器、陀螺儀傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源。

所述主、從控制器選用意法半導(dǎo)體公司的32位微處理器互聯(lián)型STM32即STM32F107VCT6，最高時(shí)鐘頻率72MHz，具有豐富的硬件接口資源以及強(qiáng)大的DMA控制方式。

所述加速度傳感器、所述陀螺儀傳感器采集的都是模擬量信號(hào)。

所述加速度傳感器選用三軸加速度傳感器ADXL335，用于測(cè)量空間加速度。

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)與從控制器之間進(jìn)行了信號(hào)隔離處理，為無(wú)人機(jī)提供動(dòng)力。

所述電源用于給所述主控制器和所述從控制器供電，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了電源隔離處理。

所述地面控制站部分包括XBEE模塊、上位機(jī)系統(tǒng)和遙控發(fā)射機(jī)三部分。

所述XBEE模塊通過(guò)串口與其他設(shè)備連接，用于無(wú)線通信；所述上位機(jī)系統(tǒng)用于顯示多旋翼無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)參數(shù)顯示等；所述遙控發(fā)射機(jī)用于輸入控制指令，控制飛行的角度，姿態(tài)等。

本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)包括：

所述氣壓傳感器和所述地磁傳感器通過(guò)IIC總線與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

所述SD卡和所述加速度傳感器通過(guò)IIC總線與從控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

所述XBEE模塊選用2.4GHz,低功耗，遠(yuǎn)距離的Xbee-Pro模塊,采用與Zigbee/IEEE802.15.4兼容的解決方案。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型針對(duì)目前飛行控制系統(tǒng)都采用單一高速處理器作為控制芯片，在一個(gè)控制周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集和處理、控制元素以及指令輸出，同時(shí)還要將數(shù)據(jù)輸出到監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重，存在實(shí)時(shí)性差、可靠性低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于Cortex-M3無(wú)人機(jī)智能控制系統(tǒng)，它包括雙芯片飛控部分和地面控制站部分。系統(tǒng)以2個(gè)STM32F107芯片作為主從控制器，通過(guò)高速SPI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，保證控制階段的實(shí)時(shí)性。主控制器主要用于實(shí)現(xiàn)與地面站通信、數(shù)字信號(hào)采集、導(dǎo)航數(shù)據(jù)融合和推算以及速度和位置控制等功能，而從控制器主要用于完成模擬信號(hào)采集、姿態(tài)控制、電機(jī)控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。本實(shí)用新型具有可靠性高，運(yùn)算處理能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了自主飛行，為實(shí)現(xiàn)該類(lèi)無(wú)人機(jī)自主飛行研究提供了一種新的思路。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型飛行器硬件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型地面控制站結(jié)構(gòu)示意圖。