一种基于msp430f5310单片机的微型四旋翼飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及飞行器技术，特别是一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器。它包括机身、控制电路、电机、旋翼，所述的电机及旋翼各为四个，分别设于机身的四角，所述的机身为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上。本发明的单片机采用MSP430F5310单片机，运行电流仅有195uA，能有效降低功耗；机身仅有10cm*10cm大小，且有凹槽，挂架等设计便于使用和功能扩展。单片机与数字陀螺及加速度计，JTAG调试接口等通过信号线连接，构成本发明的控制系统。而无线通信模式的多样也更加方便了调试。本发明在实践中取得了较好的效果，能较好的飞行，使用，且续航能力较好。
【专利说明】[0001] -种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器
【技术领域】
[0002] 本发明涉及飞行器，特别是一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器。
【背景技术】
[0003] 四旋翼飞行器，即在飞行器的机身中间部分延伸出四个臂，各个臂的末端分别安 装电机与旋翼的飞行器。与传统的直升机不同，其四个旋翼不是共轴的，而是在不同的四个 轴上，故也称作四轴飞行器。四旋翼飞行器的优点在于，由于有四个不共轴的旋翼，所以在 力学上可以提供的动力驱动方式很多。只需要更改四个旋翼的转速，即可很方便的让飞行 器做出上升，下降，俯仰，滚转等动作。也就是说，其灵活性非常好，力学结构与分析简单。
[0004] 例如，要完成"俯冲"的动作，对于四旋翼飞行器，只需要减少前面两个电机的转 速，同时加大后面两个电机的转速即可。无需像传统的直升机一样，还需要条件后面的平衡 尾翼，以及各种机械结构。而由于力学特性较好，所以四旋翼飞行器的机械结构可以做的比 较简单，只需要机身中央延伸出四臂，再加上电机和旋翼即可。实际上，最早的四旋翼飞行 器可以追溯到1907年，法国的Breguet制作的"旋翼机一号"。之后各国科学家都有研究。 之所以没有大规模应用，主要是受制于当时的微处理器的发展。
[0005] 而进入1960s年代以后，随着微处理器技术的大规模发展，微处理器已经能够对 于飞行的姿态数据进行及时的解算，并准确的控制电机进行反馈，所以，四旋翼飞行器再度 进入了人们的视野。从2004年开始，以国防科大，哈工大为代表的国内科研界对于四旋翼 飞行器做了很多的建模与研究工作，而四旋翼飞行器在航拍，研究等工作中的应用也日益 广泛。而由于微处理器的进一步soc化，以及姿态传感器（陀螺，加速度计等）的MEMS技术 的大规模应用，整个四旋翼飞行器的电路已经可以集成到很小的PCB板上，因而，近年来微 型四旋翼飞行器也得到了较大的发展。
[0006] 而当前的微型四旋翼飞行器主要有以下一些缺点：1.处理器部分功耗较大；2.体 积较大；3.外形上不尽合理，缺乏增加挂载外设能力与利于人手握持的设计；4.机身设计 不够简洁，且缺少加固设计；5.无线通信方式单一，不利于调试，使用以及教学类应用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种低能耗基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行 器。
[0008] 本发明的目的是通过如下途径实现的：一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋 翼飞行器，它包括机身、控制电路、电机、旋翼，所述的电机及旋翼各为四个，分别设于机身 的四角，所述的机身为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上；控制电 路包括型号为MSP430F5310的单片机，该单片机分别连接数字陀螺及加速度计、四个M0S管 电机驱动电路及电源芯片，电源芯片与锂电池连接，四个M0S管电机驱动电路分别对应连 接一电机。
[0009] 作为本方案的进一步优化，所述的机身为正方形，其四个角上设有突出的半圆加 固区，机身的四边分别设有一凹槽，两侧的凹槽上设有挂架。
[0010] 作为本方案的进一步优化，所述的单片机还连接有JTAG调试接口。
[0011] 作为本方案的进一步优化，所述的单片机还连接有无线通信接口。
[0012] 本发明一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，使用的MSP430F5310 单片机是TI公司最新推出的超低功耗单片机，该单片机在3v供电时全速运行电流195uA， 待机电流仅有〇. 18uA，且功能强大；本发明的机身由核心电路PCB板直接切割产生，各个相 关电子部分模块均采用直接焊接的形式进行安装(如JTAG接口，数字陀螺仪加速度计等）； 本发明的机身外形设计充分考虑了挂载外设与人性化的需求，不仅设有挂架，而且有凹槽 便于握持，有加固区对机身进行加固；本发明的通信接口可以兼容普通的2. 4G通信与蓝牙 通信，从而能多元化的调试与使用。
[0013] 与现有技术比较，存在如下优点：1.功耗较低，尤其是控制器部分，MSP430F5310 单片机是超低功耗级别的；2.外形较小，仅有10cm*10cm大小；3.机身部分直接用PCB制 作，坚固轻便，加固区使得机身更稳固，而凹槽能方便使用中的握持，挂架可以方便的挂载 电池，微型摄像头等外设；4.通信部分兼容普通的2. 4G通信与蓝牙通信，可以使用智能手 机控制，方便使用与调试。
[0014] 总之，本发明功耗较低(使用了 MSP430F5310超低功耗单片机)，外形较小且有很多 人性化的设计，而无线通信模式的多样也更加方便了调试，在实践中取得了较好的效果。功 耗低，续航能力强，外形小巧，挂载外设能力强，控制方式多样，能较好的飞行，使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明： 图1为本发明外观结构示意图； 图2为本发明控制电路结构方框示意图； 图中，1、电机；2、机身；3、单片机；4、数字陀螺及加速度计；5、JTAG调试接口；6、M0S管 电机驱动电路；7、电源芯片；8、锂电池；9、凹槽；10、挂架；11、半圆加固区；12、无线通信接 口；13、旋翼。
【具体实施方式】
[0016] 如图1、图2所示，本发明一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，它包 括机身2、控制电路、电机1、旋翼13,所述的电机1及旋翼13各为四个，分别设于机身2的 四角，所述的机身2为PCB电路板切割制成，机身2为正方形，半圆加固区11分布于机身2 的四角，由机身2的PCB电路板直接切割产生，呈现圆弧状，可以有效起到加固机身，强化机 身与四臂的连接的作用；机身2的四边分别设有一凹槽9,也是由机身的PCB电路板直接切 割产生，两侧的凹槽9上设有挂架10。可以用于挂载电池，以及摄像头等外接模块。实际使 用中，使用者可以用手指抓住凹槽9部分，从而能方便的握持本发明；在需要挂载微型摄像 头等外设时，可以用绑带绑到挂架10上面，从而能较为灵活的添加外设；而半圆加固区11 能使得机身2更加的轻便坚固。
[0017] 所述的控制电路直接焊接安装于PCB电路板上；控制电路包括型号为 MSP430F5310的单片机3,该单片机3分别连接数字陀螺及加速度计4、四个M0S管电机驱动 电路6及电源芯片7,电源芯片7与锂电池8连接，四个M0S管电机驱动电路6分别对应连 接一电机1。
[0018] 所述的单片机3还连接有JTAG调试接口 5及无线通信接口 12,无线通信接口 12 可以兼容普通2. 4G通信芯片与蓝牙通信，便于调试和使用；实际使用中，通过JATG调试接 口 5将程序下载进入MSP430F5310单片机3中，插上锂电池8,然后使用无线通信接口 12连 接的2. 4G航模遥控器进行操作，即可控制本发明进行飞行。又由于本发明的无线通信接口 12兼容蓝牙通信，所以也可以通过智能手机来进行控制。
[0019] 飞行的过程中，数字陀螺及加速度计4不断采集当前飞行器的姿态信息(包括三 轴角速度，三轴加速度等)，并传递到单片机3中，MSP430F5310单片机通过四元数算法等数 字信号处理程序，将姿态信息解算并耦合到机体坐标系，再结合遥控器的数据，即可计算出 当前旋翼13和电机1应该进行的动作。通过M0S管电机驱动6,将此信息传递到旋翼13和 电机1，即可不断进行姿态修正，从而稳定的飞行。
[0020] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或 替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限 定的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，它包括机身（2)、控制电路、电 机（1)、旋翼（13)，所述的电机（1)及旋翼（13)各为四个，分别设于机身（2)的四角，其特征 在于：所述的机身（2)为PCB电路板制成，所述的控制电路直接安装于PCB电路板上；控制 电路包括型号为MSP430F5310的单片机（3)，该单片机（3)分别连接数字陀螺及加速度计 (4)、四个MOS管电机驱动电路（6)及电源芯片（7)，电源芯片（7)与锂电池（8)连接，四个 MOS管电机驱动电路（6 )分别对应连接一电机（1)。
2. 如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在 于：所述的机身（2)为正方形，其四个角上设有突出的半圆加固区（11)，机身（2)的四边分 别设有一凹槽（9)，两侧的凹槽（9)上设有挂架（10)。
3. 如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在 于：所述的单片机（3)还连接有JTAG调试接口（5)。
4. 如权利要求1所述的一种基于MSP430F5310单片机的微型四旋翼飞行器，其特征在 于：所述的单片机（3)还连接有无线通信接口（12)。
【文档编号】G05B19/042GK104111615SQ201410383309
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】黄和悦 申请人:黄和悦