基于F28335控制的微型四旋翼飞行器及操控方法与流程

本发明涉及一种基于f28335控制的微型四旋翼飞行器及操控方法。

背景技术：
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四旋翼飞行器概念出现已经很久，其优势在于其机械结构较为简单，并且只需通过改变四个马达的转速即可实现控制，且飞行机动能力更加灵活；通过对其功能的拓展，可以使用它进行影像资料拍摄，自然环境的勘察，桥梁、高楼等较高建筑物检测，恶劣环境的地形地貌勘测，危害性救灾环境的检测与情况了解；所以研究微型四旋翼飞行器在复杂环境下的飞行姿态控制，不仅可以使其完成一些高难度的任务，如环境监测与气体采样等问题，还可以应用到实际生产中，如农田的防灾防害监测，桥梁建设中数据的测量与核对等方面，还可以应用到军事领域当中；然而目前国内的四旋翼技术并不是很成熟，在一些较复杂的环境（如树林里）下，以及在有外界干扰的情况（如有风天气）下，飞行效果并不理想；还有，四旋翼飞行器载重飞行能力需要增强，使其带负载能够保持原有飞行高度和稳定姿态。这些技术需要有所突破。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种基于f28335控制的微型四旋翼飞行器及操控方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，其组成包括：机上部分和地面部分，所述的机上部分具有包含f28335主控芯片的飞行姿态采集和控制模块组，所述的f28335主控芯片分别与电源模块、无线收发模块、电机驱动模块电连接，所述的电机驱动模块又与电源模块和无刷电机电连接。

所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的飞行姿态采集模块组分别与三轴加速度计，陀螺仪，气压传感器，弱磁传感器，数字罗盘电连接。

所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的主控芯片型号为f28335，所述的三轴加速度计的型号为mma7455l，所述的陀螺仪的型号为gy-52mpu-6050，所述的气压传感器的型号为gy-68bmp180，所述的弱磁传感器的型号为hmc1002，所述的数字罗盘的型号为hmc5883l。

所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的地面部分具有无线传输模块和地面显控模块。

所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器及操控方法，首先，利用飞行姿态信息采集模块组调整微型四旋翼飞行器的阻尼特性，变不稳定，不可控的对象为稳定、可控的操纵对象，飞行姿态信息采集模块组由所述的mma7455l三轴加速度计，gy-52mpu-6050陀螺仪，gy-68bmp180气压传感器，hmc1002弱磁传感器，hmc5883l数字罗盘组成；在飞行器飞行过程中，时时刻刻采集飞行器的姿态角、角速度和高度值，与坐标位置信息一同传递给主控芯片，主控芯片进行一系列数据分析与计算，将信号传递个电机驱动模块，及时进行姿态调整，保持飞行的稳定性；其次，在满足了稳定可控的前提下，构建微型四旋翼飞行器的姿态位置闭环控制回路，改善微型四旋翼飞行器的操纵延迟性、反复性和协调性，消除由各种原因导致的微型四旋翼飞行器反应迟钝或太快等操纵性不良的因素；再次，利用高度计对微型四旋翼飞行器进行高度反馈控制，使微型四旋翼飞行器具有保持飞行高度的能力；最后，利用加速度传感器和姿态信息构建速度反馈控制系统，对纵向、横向、航向的加速度实现闭环控制。

本发明的有益效果：

1.本发明基于的f28335具有150mhz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个dma通道支持adc、mcbsp和emif，有多达18路的pwm输出，其中有6路为ti特有的更高精度的pwm输出(hrpwm)，12位16通道adc，其丰富的片上外设可满足各种传感器传输数据需要。

本发明通过采用高性能处理器，并优化算法能够实现在复杂环境下的稳定灵活地飞行，如树林，密集建筑群，室内等，可以实现复杂环境的地貌勘探。

本发明能够实现在有外界干扰的条件下实现稳定飞行，比如有风等恶劣天气，借此可以进行恶劣天气下救援情报收集工作。

本发明能够实现载重条件下实现稳定飞行，具有较强升力，便于搭载摄像机等信息采集传感器，实现各种信息的收集。

本发明的无线传输模块用于实现地面与微型四旋翼飞行器之间的数据传输；地面显控模块用于实现微型四旋翼飞行器状态信息监控以及必要时微型四旋翼飞行器飞行的人工干预。

附图说明：

附图1是本发明的各模块结构连接图。

附图2是本发明主控芯片的引脚图。

附图3是本发明的gy-52mpu-6050陀螺仪电路引脚图。

附图4是本发明的gy-68bmp180气压传感器电路引脚图。

附图5是本发明的hmc1002弱磁传感器电路引脚图。

附图6是本发明的hmc5883l数字罗盘电路引脚图。

附图7是本发明的四旋翼飞行器飞行结构示意图（垂直飞行）。

附图8是本发明的四旋翼飞行器飞行结构示意图（偏航飞行）。

附图9是本发明的四旋翼飞行器飞行结构示意图（俯仰飞行）。

附图10是本发明的四旋翼飞行器飞行结构示意图（滚转飞行）。

附图11是本发明的电机驱动控制电路引脚图。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，其组成包括：机上部分11和地面部分12，所述的机上部分具有包含f28335主控芯片的飞行姿态采集和控制模块组4，所述的f28335主控芯片分别与电源模块5、无线收发模块9、电机驱动模块6电连接，所述的电机驱动模块又与电源模块和无刷电机7电连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的飞行姿态采集和控制模块组分别与三轴加速度计1，陀螺仪2，气压传感器3，弱磁传感器8，数字罗盘10电连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的主控芯片型号为tms320f28335，所述的三轴加速度计的型号为mma7455l，所述的陀螺仪的型号为gy-52mpu-6050，所述的气压传感器的型号为gy-68bmp180，所述的弱磁传感器的型号为hmc1002，所述的数字罗盘的型号为hmc5883l。

实施例4：

根据权利要求1或2所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器，所述的地面部分具有无线传输模块13和地面显控模块14。

实施例5：

根据实施例1或2本发明所述的电源模块由2个lm2596连接而成，通过电位器调节输出，可以将输出稳到3.3v，5v，12v输出可以有多种不同的电压值供给不同模块工作；其中，3.3v供给f28335主控芯片；5v供给相关传感器；12v供给电机驱动模块。

实施例6：

根据实施例1或2，本发明所述的电机驱动模块由所述的电源模块直接提供电源，由主控芯片进行控制，提供飞行姿态调整所需信号，及时对电机转速进行调整。

实施例7:

根据实施例1或2，所述的无刷电机为银燕emaxmt2213无刷电机，共计四个，对称分布于四旋翼飞行器四端，由所述的电机驱动模块为其间接提供电源，能够进行快速反应，并且可以提供可靠升力，在带有一定负载的情况下可以使飞行依然保持稳定；所述无刷电机长度：39.7mm，直径：27.9mm。

实施例8：

根据实施例3或4，本发明的飞行姿态信息采集模块组由所述的mma7455l三轴加速度计，gy-52mpu-6050陀螺仪，gy-68bmp180气压传感器，hmc1002弱磁传感器，hmc5883l数字罗盘组成；在飞行器飞行过程中，时时刻刻采集飞行器的姿态角、角速度和高度值，与坐标位置信息一同传递给主控芯片，主控芯片进行一系列数据分析与计算，将信号传递给各电机驱动模块，及时进行姿态调整，保持飞行的稳定性。

实施例9：

根据实施例3或4，本发明的飞行姿态信息采集采用对遥控信号接收机ppm信号，直接由处理器捕获信号并进行解码以节约机架上宝贵的空间资源，并有利于实现对飞行器前进，后退等飞行的快速控制。

实施例10：

根据实施例1或2或3或4所述的基于f28335控制的微型四旋翼飞行器及操控方法，其特征是：首先，利用飞行姿态信息采集模块组调整微型四旋翼飞行器的阻尼特性，变不稳定，不可控的对象为稳定、可控的操纵对象，飞行姿态信息采集模块组由所述的mma7455l三轴加速度计，gy-52mpu-6050陀螺仪，gy-68bmp180气压传感器，hmc1002弱磁传感器，hmc5883l数字罗盘组成；在飞行器飞行过程中，时时刻刻采集飞行器的姿态角、角速度和高度值，与坐标位置信息一同传递给主控芯片，主控芯片进行一系列数据分析与计算，将信号传递个电机驱动模块，及时进行姿态调整，保持飞行的稳定性；其次，在满足了稳定可控的前提下，构建微型四旋翼飞行器的姿态位置闭环控制回路，改善微型四旋翼飞行器的操纵延迟性、反复性和协调性，消除由各种原因导致的微型四旋翼飞行器反应迟钝或太快等操纵性不良的因素；再次，利用高度计对微型四旋翼飞行器进行高度反馈控制，使微型四旋翼飞行器具有保持飞行高度的能力；最后，利用加速度传感器和姿态信息构建速度反馈控制系统，对纵向、横向、航向的加速度实现闭环控制。