一种具有续航功能的载重无人机的制作方法
【专利摘要】本实用新型主要涉及一种载重无人机，更具体地，涉及一种具有续航功能的载重无人机。载重无人机包括GPS模块、传感器、无线模块、遥控控制模块、电源系统、遥控接收器、飞行控制模块、三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计、驱动模块和执行模块，驱动模块的输出端连接着执行模块的输入端；电源系统的输出端连接着遥控控制模块的输入端。本实用新型控制准确，可以有效提高无人机的续航，可以实现无人机的超长续航，续航时间可以与无人机的寿命相当。这对于无人机完成长距离和长时间的执行任务提供了优秀的保障。这也给森林防火、洪水预防、快递配送、动植物保护与检测、城市WIFI全覆盖等的实现带来了福音。
【专利说明】
一种具有续航功能的载重无人机
技术领域
[0001]本实用新型主要涉及一种载重无人机，更具体地说，涉及一种具有续航功能的载重无人机。
【背景技术】
[0002]无人机的应用领域十分广泛，森林防火，灾区救援，快递配送，野生动植物保护等等都出现了无人机的身影。然而这些都被一个可怕的问题和瓶颈限制了无人机的发展。那就是“续航”。目前的无人机的续航大多只能达到30分钟以内。很难超过一个小时以上。这是因为:如果采用高容量的锂电池，那么无人机的机身重量会相当的重，导致无人机无法起飞，或者续航能力背道而驰;如果采用重量和容量都很优秀的其他能源(如燃料电池)，其所天生的功率低下和价格昂贵使得其在民用无人机领域难有用武之地。如何研究出一种能够常超续航的无人机是十分具有价值意义的研究方向。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型主要解决的技术问题是提供一种具有续航功能的载重无人机，其控制准确，可以有效提高无人机的续航，可以实现无人机的超长续航，续航时间可以与无人机的寿命相当。这对于无人机完成长距离和长时间的执行任务提供了优秀的保障。这也给森林防火、洪水预防、快递配送、动植物保护与检测、城市WIFI全覆盖(乃至全球的WIFI覆盖)等等的实现带来了福音。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机包括GPS模块、传感器、无线模块、遥控控制模块、电源系统、遥控接收器、飞行控制模块、三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计、驱动模块和执行模块，其控制准确，可以有效提高无人机的续航，可以实现无人机的超长续航，续航时间可以与无人机的寿命相当。这对于无人机完成长距离和长时间的执行任务提供了优秀的保障。这也给森林防火、洪水预防、快递配送、动植物保护与检测、城市WIFI全覆盖(乃至全球的WIFI覆盖)等等的实现带来了福音。
[0005]其中，所述GPS模块与遥控控制模块的UART接口相连接;所述传感器与遥控控制模块的I2C接口相连接;所述无线模块与遥控控制模块的SPI接口相连接;所述无线模块与遥控接收器通过无线的方式相连接;所述遥控接收器通过CAP捕入抓获与飞行控制模块相连接;所述三轴陀螺仪的输出端连接着飞行控制模块的输入端;所述三轴加速度计的输出端连接着飞行控制模块的输入端;所述三轴磁力计的输出端连接着飞行控制模块的输入端；所述飞行控制模块的I/O口与驱动模块相连接;所述驱动模块的输出端连接着执行模块的输入端;所述电源系统的输出端连接着遥控控制模块的输入端;所述电源系统的输出端连接着飞行控制模块的输入端。
[0006]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述飞行控制模块采用32位微控制器STM32F103RCT6单片机。
[0007]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述驱动模块采用好盈Skywalker30A电调。
[0008]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述执行模块包括无刷直流电机和螺旋桨。
[0009]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述三轴陀螺仪、三轴加速计采用集成的MPU-6050芯片。
[0010]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述GPS模块采用NE0-M8N模块。
[0011]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种具有续航功能的载重无人机所述无线模块采用HRF24L01无线通信模块。
[0012]控制效果:本实用新型一种具有续航功能的载重无人机，其控制准确，可以有效提高无人机的续航，可以实现无人机的超长续航，续航时间可以与无人机的寿命相当。这对于无人机完成长距离和长时间的执行任务提供了优秀的保障。这也给森林防火、洪水预防、快递配送、动植物保护与检测、城市WIFI全覆盖(乃至全球的WIFI覆盖)等等的实现带来了福
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【附图说明】
[0013]下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。
[0014]图1为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的硬件结构图。
[0015]图2为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的飞行控制模块原理图。
[0016]图3为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的检测模块原理图。
[0017]图4为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的检测模块原理图。
[0018]图5为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的检测模块原理图。
[0019]图6为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的电源系统原理图。
[0020]图7为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的执行模块原理图。
[0021]图8为本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的三轴陀螺仪、三轴加速度计原理图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:
[0023]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，本实施方式所述一种具有续航功能的载重无人机包括GPS模块、传感器、无线模块、遥控控制模块、电源系统、遥控接收器、飞行控制模块、三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计、驱动模块和执行模块，其控制准确，可以有效提高无人机的续航，可以实现无人机的超长续航，续航时间可以与无人机的寿命相当。这对于无人机完成长距离和长时间的执行任务提供了优秀的保障。这也给森林防火、洪水预防、快递配送、动植物保护与检测、城市WIFI全覆盖(乃至全球的WIFI覆盖)等等的实现带来了福音。
[0024]其中，所述GPS模块与遥控控制模块的UART接口相连接，GPS模块用于测量四旋翼在空中的位置，从而进行高度和位置控制。
[0025]所述传感器与遥控控制模块的I2C接口相连接，传感器用于检测外部信号传送到遥控控制部分。
[0026]所述无线模块与遥控控制模块的SPI接口相连接，无线模块可以将飞机在空中飞行时的数据发送下来，经过处理可以在地面站显示，从而进行相关的分析。
[0027]所述无线模块与遥控接收器通过无线的方式相连接，遥控接收器接收无线模块输出的信号，传送到飞行控制模块进行相应控制。
[0028]所述遥控接收器通过CAP捕入抓获与飞行控制模块相连接，飞行控制模块根据接收到的遥控信号和检测到的飞机飞行姿态对无人机的飞行进行相应控制。
[0029]所述三轴陀螺仪的输出端连接着飞行控制模块的输入端，三轴陀螺仪测量Rol1、Pitch、Yaw三个轴的姿态角速度，经过积分，可以得到姿态角度，同时三个姿态角速度也用于串级PID控制器中的内环速度反馈。
[0030]所述三轴加速度计的输出端连接着飞行控制模块的输入端，三轴加速度计输出重力加速度和四旋翼本身加速度沿着Roll、Pitch、Yaw三个轴的分量，经过计算可以得到Roll、Pitch、Yaw三个姿态角。
[0031 ]所述三轴磁力计的输出端连接着飞行控制模块的输入端，三轴磁力计测量地磁场在Roll、Pitch、Yaw三个轴的分量，经过计算也可以得到三个姿态角。
[0032]所述飞行控制模块的I/O口与驱动模块相连接，驱动模块用于驱动无人机的执行模块进行工作。
[0033]所述驱动模块的输出端连接着执行模块的输入端，执行模块通过电机运转和螺旋桨转动改变飞机飞行方向。
[0034]所述电源系统的输出端连接着遥控控制模块的输入端，电源系统用于给遥控控制模块进行供电，使遥控部分能够正常运行。
[0035]所述电源系统的输出端连接着飞行控制模块的输入端，电源系统用于给飞行控制模块进行供电，使飞行部分能够正常运行。
[0036]【具体实施方式】二:
[0037]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述飞行控制模块采用32位微控制器STM32F103RCT6单片机。所述STM32F103RCT6单片机属于STM32家族，基于ARM内核Coterx-M3，使用8M晶振，经过内部倍频电路，主频最高可以达到72MHz，拥有256KB的Flash存储容量，4个通用定时器和2个高级定时器，可以进行PffM输入捕获和PWM输出，2个I2C接口和3个SPI接口，用于接收传感器数据。工作电压为3.3V，能耗很低。采用LQFP64封装，芯片尺寸只有16*16*1.6mm，占用PCB面积很小。
[0038]【具体实施方式】三:
[0039]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述驱动模块采用好盈31^￥&11?^3(^电调。本实用新型的目标是设计四旋翼的飞控，因此直流无刷电机的驱动模块直接选用了商品电调。商品电调可以提供更为精确可靠的控制，为飞控设计节省成本。电调初次使用要有一个油门行程的校正，从而使电调可以正确地响应控制器给出的油门信号。校正的方法是先给2ms的高电平，持续2s，电调会给出“哔一哔一”两声提示，然后再给Ims的低电平，持续ls，这时候根据使用的锂电池的节数不同，电调会给出不同的“哔一哔一”提示音，如果是3节锂电池，则提示音为3声。电调输入的PffM信号频率越高，电机对控制信号的响应越快。
[0040]【具体实施方式】四:[0041 ]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述执行模块包括无刷直流电机和螺旋桨，无刷直流电机采用专用于航模的朗宇无刷电机，螺旋桨采用塑料浆。四旋翼对螺旋桨有着很高的转速要求，最少要能够达到5000rpm。普通的有刷直流电机很难满足要求，而且有刷直流电机的电刷容易磨损，四旋翼要求的高转速将会加速磨损进程，降低安全性和可靠性。因此，执行模块选择无刷直流电机。无刷直流电机既具有直流电机运行效率高、调速性能好的优点，同时又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便的优点，是电机主要发展方向之一，现已广泛应用于军事、航空、计算机、数控机床、机器人和电动自行车等多个领域。其转速较高，稳定，可以使用HVM来控制，因此很适合用于四旋翼飞行器上。无刷直流电机配合商品电调，可以获得很好的调速效果。螺旋桨的选择要考虑桨的大小、价格、飞行效率和电机的搭配。常用的有碳纤维螺旋桨，碳尼龙螺旋桨，塑料桨等等。考虑到飞控设计阶段，四旋翼飞行不稳定，桨易损毁，对桨的消耗量将会比较大，因此本文采用的是塑料桨，虽然飞行效率低，但弹性好，耐摔，有着很高的性价比。
[0042]【具体实施方式】五:
[0043]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述三轴陀螺仪、三轴加速计采用集成的MPU-6050芯片。MPU-6050是INVEN SENCE公司生产的全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速度计时两者之间的轴间差的问题，减少了大量的包装空间。MPU-6050的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec(dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品数据传输可通过最高至400kHz的I2C通信方式向单片机传输测量数据JPU-6050可在5V和3.3V电压下工作，内置温度传感器，可以进行温度补偿。另外，INVENSENCE官方给出了其姿态解算的算法，即DMP算法，该算法具有很好的参考价值。
[0044]【具体实施方式】六:
[0045]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述6?3模块采用他0-18_莫块。他0-M8N GPS模块能够同时获取和跟踪不同的GNSS(全球导航卫星)系统:并行接收GPS(QZSS)和GL0NASS或BeiDou，或同时接收GL0NASS和BeiDou。因此该模块非常适合应用于即使在GPS信号差的环境下(尤其是城市峡谷)都需要最高的可用性和准确性的高性能应用。GPS/SBAS操作在晴空郊外条件下就可达到最佳定位。M8平台还配备了内置的智能自动切换功能。可根据GNSS卫星的可见性和可靠性，自动切换到单一 GNSS操作模式。
[0046]【具体实施方式】七:
[0047]结合图1、2、3、4、5、6、7、8说明本实施方式，所述无线模块采用nRF24L01无线通信模块。nRF无线模块可以将飞机在空中飞行时的数据发送下来，经过处理可以在地面站显示，从而进行相关的分析。
[0048]本实用新型一种具有续航功能的载重无人机的工作原理为:本实用新型一种具有续航功能的载重无人机通过GPS模块用于测量四旋翼在空中的位置，无线模块可以将飞机在空中飞行时的数据发送下来，传感器采集无人机飞行姿态等传送到遥控控制模块进行处理控制，无线模块将遥控输入的控制信号传送出去，传送出的信息通过遥控接收器接收，传送到飞行控制模块。三轴陀螺仪检测无人机的角速度信号，三轴加速度计检测无人机的加速度信号，三轴磁力计检测无人机的磁分量，检测到的信号传送到飞行控制模块，控制模块根据接收到的信号及检测到的信号进行处理，输出控制信号驱动执行模块改变无人机的飞行姿态。电源系统给飞行控制模块和遥控控制模块进行供电，使无人机能够正常运行。
[0049]虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
【主权项】
1.一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于，所述载重无人机包括GPS模块、传感器、无线模块、遥控控制模块、电源系统、遥控接收器、飞行控制模块、三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计、驱动模块和执行模块，所述GPS模块与遥控控制模块的UART接口相连接;所述传感器与遥控控制模块的12C接口相连接;所述无线模块与遥控控制模块的SPI接口相连接;所述无线模块与遥控接收器通过无线的方式相连接;所述遥控接收器通过CAP捕入抓获与飞行控制模块相连接;所述三轴陀螺仪的输出端连接着飞行控制模块的输入端;所述三轴加速度计的输出端连接着飞行控制模块的输入端;所述三轴磁力计的输出端连接着飞行控制模块的输入端;所述飞行控制模块的I/O 口与驱动模块相连接;所述驱动模块的输出端连接着执行模块的输入端;所述电源系统的输出端连接着遥控控制模块的输入端;所述电源系统的输出端连接着飞行控制模块的输入端。2.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述飞行控制模块采用32位微控制器STM32F103RCT6单片机。3.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述驱动模块采用好盈Skywalker30A电调。4.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述执行模块包括无刷直流电机和螺旋桨。5.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述三轴陀螺仪、三轴加速计采用集成的MPU-6050芯片。6.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述GPS模块采用NE0-M8N模块。7.根据权利要求1所述的一种具有续航功能的载重无人机，其特征在于:所述无线模块采用nRF24L01无线通信模块。
【文档编号】G05D1/08GK205721381SQ201620615469
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】毛大鹏, 孙佳鹏
【申请人】毛大鹏, 孙佳鹏