一种微型四旋翼飞行器的制作方法

本实用新型涉及无人机技术领域，特别是一种微型四旋翼飞行器。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。

无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。如今无人机技术发展较为迅速，使用较为广泛的是多旋翼类型的电动力无人机。随着需求的增多和使用领域的扩大，越来越多的人想要学习、研究无人机技术。但无人机的开发和学习一直存在门槛高，成本高，对开发者电子类技术要求高等问题。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的是，针对上述问题，提供一种微型四旋翼飞行器，能够给初学者提供一种经济、功能齐全、便于测试的微型四旋翼飞行器，满足初学开发需要。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种微型四旋翼飞行器，包括

飞行主板，为电路板，包括一方形部和设置在方形部侧边的四个机翼部，所述机翼部分别与方形部的端角连接并使得机翼部与方形部之间形成通孔，所述机翼部相对方形部的一端呈半圆形结构，且位于半圆形结构中心设置有飞行电机安装孔；所述方形部上设有STC15W4K32S4主控芯片、mpu6050六轴传感器、tps9926b电机驱动芯片、bmp180气压传感器、nrf24L01无线模块；所述STC15W4K32S4主控芯片通过所述mpu6050六轴传感器采集数据并进行运算以驱动所述tps9926b电机驱动芯片；所述nrf24L01无线模块通过方形部上的排孔与所述方形部连接，所述STC15W4K32S4主控芯片位于所述nrf24L01无线模块下方；所述STC15W4K32S4主控芯片通过读取所述bmp180气压传感器采集到的气压值计算当前飞行器的高度，并进行定高控制；所述STC15W4K32S4主控芯片通过所述nrf24L01无线模块与遥控器端进行数据通信，获得从所述遥控器发过来的运动指令，执行相应的运动操作；所述tps9926b电机驱动芯片设置在机翼部与方形部连接处；

电机固定套，所述电机固定套一端可固定套设置在飞行电机安装孔上，另一端相对机翼部上端面一侧伸出；

飞行电机，套固在电机固定套相对伸出一端；

螺旋桨，设置在飞行电机输出轴一端；

电源固定套，设置在方形部下方，用于固定电源；

电源，设置在电源固定套内。

本实用新型的重点在于提供一个微型且用于教学的微型四旋翼飞行器，在结构上做到组装模块上，操控试验平稳、数据收集方便，其适合初学者入门，用以试验稳定控制、控制算法试验等提供了良好的试验平台。其结构简单流片成本低，可以满足初学者开发研究使用。

优选的，所述电源为无线感应线圈。这样实现无线供电，为其减轻重量做出保障。

优选的，还包括与无线感应线圈对应的发射感应线圈，发射感应线圈设置在试验台上，并与外部电源连接；所述试验台包括筒状主体、升降台、红外测距传感器和升降控制器；所述升降台设置在筒状主体内的下部，包括升降杆和圆盘，所述圆盘设置在升降杆上方，并通过升降杆沿筒状主体内壁升降；所述发射感应线圈设置在圆盘内；所述圆盘上端面设置有海绵层；所述圆盘上端面设置有若干红外测距传感器；所述筒状主体由透明材料制成，其内腔直径大小为飞行器最大直径的5-8倍；所述圆盘与筒状主体内腔直径大小一致；所述升降控制器分别与升降杆和红外测距传感器连接，并根据红外测距传感器的传感数据调节升降杆的升降高度。这里提供了一个桌面级的试飞场所，其无需有线作为电源连接，在状态上为正在飞行试验，但是对于开发者而言可以更好的进行测试，比如操控试验，平稳性试验等等，使用者可以更加直观的观察到，并且不必担心电量不足，无法长时间试验平衡性、稳定性的问题；同时也将测试中各种意外降到最低，方便初学者测试使用，减少损耗。

优选的，所述筒状主体内侧设置有用于连接飞行器的细线，且至少设置4根，细线长度为筒状主体内腔直径大小的三分之二。

优选的，还包括与飞行器无线连接的遥控器，所述遥控器由STC15F2K60S2芯片作为主控器，使用了8路的ADC采集，通过采集4路摇杆电位器电压、3个微调电位器电压、一路电源电压，获得输入的遥控数据。

优选的，所述筒状主体中部设置至少两个出风口，所述出风口连接外部风机；所述出风口安装可调百叶。

优选的，所述筒状主体内侧壁设有若干内嵌在侧壁内的LED灯。

优选的，所述筒状主体中部设置有连接外部烟雾发生器的烟雾口，所述烟雾口靠近出风口。

优选的，所述筒状主体内壁上间隔设置若干竖直设置的刻度标识；所述筒状主体外壁上均匀设置若干用于放置摄像机的放置架。所述筒状主体对应放置架处设有用于摄像机拍摄的拍摄口；所述拍摄口与刻度标识位置正对设置。

优选的，所述筒状主体侧壁局部有若干通孔。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型结构简单，基本功能齐全，可以满足初学者入门使用以及进行各种算法试验。

2.本发提供了明桌面级的试飞场所，其无需有线作为电源连接，在状态上为正在飞行试验，但是对于开发者而言可以更好的进行测试，比如操控试验，平稳性试验等等，使用者可以更加直观的观察到，并且不必担心电量不足，无法长时间试验平衡性、稳定性的问题；同时也将测试中各种意外降到最低，方便初学者测试使用，减少损耗。

附图说明

图1是本实用新型无人机俯视图。

图2是本实用新型试验台功能结构示意图。

附图中，1-飞行主板、2-试验台、3-方形部、4-机翼部、5-通孔、6-STC15W4K32S4主控芯片、7-mpu6050六轴传感器、8-tps9926b电机驱动芯片、9-bmp180气压传感器、10-nrf24L01无线模块、11-电机固定套、12-飞行电机、13-螺旋桨、14-电源电路、15-筒状主体、16-升降杆、17-圆盘、18-发射感应线圈、19-红外测距传感器、20-海绵层、21-细线。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的具体实施进一步说明。

如图1-2所述，本实用新型公开了一种微型四旋翼飞行器，具体是一种微型四旋翼飞行器及其试飞台。飞行器设有与其对应的控制器，用于无线控制器动作。飞行器包括飞行主板1、电机固定套11、飞行电机12、螺旋桨13、电源固定套和电源组成。

如图1所示，飞行主板1，为为X型电路板，由包括一方形部3和设置在方形部3侧边的四个机翼部4，所述机翼部4分别与方形部3的端角连接并使得机翼部4与方形部3之间形成通孔5，所述机翼部4相对方形部3的一端呈半圆形结构，且位于半圆形结构中心设置有飞行电机12安装孔。方形部3上设有STC15W4K32S4主控芯片6、mpu6050六轴传感器7、tps9926b电机驱动芯片8、bmp180气压传感器9、nrf24L01无线模块10。STC15W4K32S4主控芯片6通过mpu6050六轴传感器7采集数据并进行运算以驱动tps9926b电机驱动芯片8。nrf24L01无线模块10通过方形部3上的排孔与方形部3连接，STC15W4K32S4主控芯片6位于nrf24L01无线模块10下方。STC15W4K32S4主控芯片6通过读取bmp180气压传感器9采集到的气压值计算当前飞行器的高度，并进行定高控制。STC15W4K32S4主控芯片6通过nrf24L01无线模块10与遥控器端进行数据通信，获得从遥控器发过来的运动指令，执行相应的运动操作；tps9926b电机驱动芯片8设置在机翼部4与方形部3连接处。

电机固定套11一端可固定套设置在飞行电机12安装孔上，另一端相对机翼部4上端面一侧伸出；飞行电机12套固在电机固定套11相对伸出一端；螺旋桨13设置在飞行电机12输出轴一端。电源固定套设置在方形部3下方，用于固定电源；这里电源可以为锂电池或者无线电源线圈，无线电源线圈即无线感应线圈。

这里飞行器主要用于教学的微型四旋翼飞行器，在结构上做到组装模块上，操控试验平稳、数据收集方便，其适合初学者入门，用以试验稳定控制、控制算法试验等提供了良好的试验平台。其结构简单流片成本低，可以满足初学者开发研究使用。飞行主板1大面积镂空，同时又在不降低飞控受力的情况下大幅度减少PCB面积，减轻飞控重量。这里通过设置电机固定套11可以使得飞行器适用多种型号的飞行电机12。

如图2所示，为试验台2的结构实体图；试验台2用于飞行器的试飞测试，同时在通讯上一体配置，这样形成一个良好的教学平台，适合初学者学习使用。试验台2包括筒状主体15、升降台、红外测距传感器19和升降控制器。升降台设置在筒状主体15内的下部，包括升降杆16和圆盘17，圆盘17设置在升降杆16上方，并通过升降杆16沿筒状主体15内壁升降；发射感应线圈18设置在圆盘17内。圆盘17上端面设置有海绵层20；圆盘17上端面设置有若干红外测距传感器19。红外测距传感器19用于测定圆盘17与飞行器之间的距离，进而控制升降台升降，这样可以保持圆盘17与飞行器之间保持一定的距离使得飞行器无线充电保持稳定。这里，圆盘17可以为设置多个通孔，用于降低对无人机的影响，其中海绵层20同样设置对应的通孔。

这里，筒状主体15由透明材料制成，其内腔直径大小为飞行器最大直径的7倍；圆盘17与筒状主体15内腔直径大小一致。升降控制器分别与升降杆16和红外测距传感器19连接，并根据红外测距传感器19的传感数据调节升降杆16的升降高度。升降控制器具体是为51单片机，用于根据红外测距传感器19数据调节升降台升降。这里提供了一个桌面级的试飞场所，其无需有线作为电源连接，在状态上为正在飞行试验，但是对于开发者而言可以更好的进行测试，比如操控试验，平稳性试验等等，使用者可以更加直观的观察到，并且不必担心电量不足，无法长时间试验平衡性、稳定性的问题；同时也将测试中各种意外降到最低，方便初学者测试使用，减少损耗。

为保障飞行器试飞安全，这里在筒状主体15内侧设置有用于连接飞行器的细线21，且至少设置4根，细线21长度为筒状主体15内腔直径大小的三分之二。

这里遥控器和飞行器对应，并采用STC15F2K60S2芯片作为主控器，使用了8路的ADC采集，通过采集4路摇杆电位器电压、3个微调电位器电压、一路电源电压，获得输入的遥控数据。

为了进一步加强试飞台的性能，这里筒状主体15中部设置至少两个出风口，出风口连接外部风机；出风口安装可调百叶。筒状主体15中部设置有连接外部烟雾发生器的烟雾口，烟雾口靠近出风口，这样有利于观察气流情况，可以作为小型风洞使用。筒状主体15内壁上间隔设置若干竖直设置的刻度标识；筒状主体15外壁上均匀设置若干用于放置摄像机的放置架。筒状主体15对应放置架处设有用于摄像机拍摄的拍摄口；拍摄口与刻度标识位置正对设置。这样设置可以通过放置摄像设备监控飞行器的飞行状态，现有技术中，飞行器的状态多由安装在其上的传感器确定，但是需要大量的传感器同时对于姿态判断也不能全面准确，而这里设置多个刻度标识和摄像位置可以便于摄像监控飞行器的状态，更加客观观察，有利于教学展开和初学者入门。

这里，筒状主体15内侧壁设有若干内嵌在侧壁内的LED灯，便于在较暗环境下也可以进行测试。其中，筒状主体15侧壁局部有若干通孔，这样方便安装各种外部测试部件，利于试验台2的功能扩展。

具体的，本实用新型是基于51单片机的一种微小型四旋翼飞行器及其试验台2。飞行器部分由STC15W4k32S4芯片作为主控器，通过读取mpu6050六轴传感器7采集到的3轴加速度和3轴角速度数据，进行姿态解算，得到飞行器当前的姿态角。并使用串级PID算法进行自稳控制，计算出四个电机相应的油门值，以调节PWM占空比的形式驱动tps9926b电机驱动芯片8以驱动四个空心杯电机产生相应的升力和扭矩实现自稳。通过读取bmp180气压传感器9采集到的气压值计算当前飞行器的高度，并进行定高控制，使得飞行器能够保持在恒定的高度飞行。通过nrf24L01无线模块10与遥控器端进行数据通信，获得从遥控器发过来的运动指令，执行相应的运动操作。电源部分，通过升压电路将3.3V-4.2V的电池电压升压至5V给主控芯片供电，再使用ASM1117稳压芯片将5V稳压出3.3V给各传感器供电。四个电机位置旁边各有一个可编程的LED灯，可供显示自定义状态使用。

遥控器部分由STC15F2K60S2芯片作为主控器，使用了8路的ADC采集，通过采集4路摇杆电位器电压、3个微调电位器电压，用于姿态微调、一路电源电压，用于遥控器低电压报警保护，获得输入的遥控数据。通过读取mpu6050六轴传感器7采集到的3轴加速度和3轴角速度数据，进行姿态解算，得到遥控器当前的姿态角，用于体感模式遥控。OLED显示屏用于显示遥控器的各种参数，并通过8个按键进行相应的参数设置。最终将采集到的遥控数据通过nrf24L01无线模块10发送至飞行器端。遥控器带有一个电源指示灯和两个可编程LED灯，可用于显示自定义状态。电源电路14，通过升压电路将3.3V-4.2V的电池电压升压至5V给主控芯片供电，再使用ASM1117稳压芯片将5V稳压出3.3V给各传感器供电。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。