一种基于stm32的微型四旋翼飞行器及其控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，包括：主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块；主控单元包括STM32F103C8T6控制芯片；STM32F103C8T6控制芯片分别连接传感器组件、电机驱动模块、通信模块；传感器组件用于采集传感数据并将传感器数据传输给STM32F103C8T6控制芯片，STM32F103C8T6控制芯片用于根据传感数据获得飞行器当前姿态，并进一步根据目标姿态获得电机控制信号，将电机控制信息传输至电机驱动模块，和通过通信模块接收遥控信号，根据遥控信号确定目标姿态，电机驱动模块用于根据电机控制信息对设置于四个方向上的旋翼进行控制，从而控制飞行器的姿态。本发明通过对于主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块的电路芯片选择，优化其电路性能。
【专利说明】
一种基于STM32的微型四旋翼飞行器及其控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于STM32的微型四旋翼飞行器及其控制系统。
【背景技术】
[0002]飞行器依据机翼类型可分为固定翼飞行器和旋翼飞行器。在过去的几十年里，固定翼无人飞行器已经有较成熟的技术，相对固定翼无人飞行器，旋翼飞行器的发展却较为缓慢，这是因为旋翼无人飞行器的控制较固定翼复杂，早期的技术水平无法实现飞行器的自主飞行控制;然而，旋翼飞行器却拥有其自身独特的优点:机械结构较为简单，只需要协调旋翼电机的转速即可实现控制，飞行较为灵活;不受较大机翼的限制，能够应用于各种环境中；具备自主起飞和降落的功能，系统高度智能，可以实现较多的飞行姿态，例如:垂直悬停、俯仰升降、偏航转向等等，且飞行器姿态保持能力较高。这些优势也就决定了旋翼飞行器在未来将有着更为广阔的应用前景。四旋翼的无人飞行器就是这种“蝶形”的飞行器，其布局结构新颖，飞行方式独特，逐渐成为当前飞行控制领域研究的热点。而如何通过对四旋翼飞行器的电路结构进行优化设计能有效地提高对四旋翼飞行器的飞行控制。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于STM32的微型四旋翼飞行器及其控制系统。
[0004]根据本发明提供的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，包括:主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块；
[0005]所述主控单元包括STM32F103C8T6控制芯片；
[0006]所述STM32F103C8T6控制芯片分别连接所述传感器组件、电机驱动模块、通信模块；
[0007]所述传感器组件用于采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6 控制芯片，
[0008]所述STM32F103C8T6控制芯片用于根据所述传感数据获得飞行器当前姿态，并进一步根据目标姿态获得电机控制信号，将所述电机控制信息传输至所述电机驱动模块，和通过所述通信模块接收遥控信号，根据所述遥控信号确定所述目标姿态，
[0009]所述电机驱动模块用于根据所述电机控制信息对设置于四个方向上的旋翼进行控制，从而控制飞行器的姿态。
[0010]作为一种优化方案，所述传感器组件包括MPU6050九轴运动处理传感器；所述MPU60 50九轴运动处理传感器采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6 控制芯片。
[0011]作为一种优化方案，所述电机驱动模块包括4个MOS管驱动电路，每个所述MOS管驱动电路分别根据自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的电机控制信息独立控制一个所述旋翼。
[0012]作为一种优化方案，所述通信模块包括SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路;所述SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路分别连接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0013]作为一种优化方案，所述串口显示灯电路包括若干个并联的发光二极管，所述发光二极管的一端连接3.3V稳压输出电源，另一端连接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0014]作为一种优化方案，所述串口通信接口电路包括PIN3接口电路。
[0015]作为一种优化方案，还包括主体电源模块;所述主体电源模块包括:3.3V稳压输出电源、电池充电电路、锂电池模块；
[0016]所述3.3V稳压输出电源与所述主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块连接供电，
[0017]所述电池充电电路与所述3.3V稳压输出电源相连，
[0018]所述锂电池模块为所述旋翼提供5V电源电压。
[0019]基于同一发明构思，本发明还提供一种基于STM32的微型四旋翼飞行器，还包括所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0021]本发明通过对于主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块的电路芯片选择，优化其电路性能，传感器组件选择MPU6050九轴运动处理传感器能够提高传感器的集成度并为主控模块提供全面的传感信息。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中:
[0023]图1是一种可选实施例的3.3V稳压输出电源的电路图；
[0024]图2是一种可选实施例的电机驱动模块的电路图；
[0025]图3是一种可选实施例的MPU6050九轴运动处理传感器的电路图；
[0026]图4是一种可选实施例的SI4432高性能射频收发器无线模块图；
[0027]图5是一种可选实施例的串口显示灯图；
[0028]图6是一种可选实施例的串口通信接口；
[0029]图7是一种可选实施例的遥控器的USB电路；
[0030]图8是一种可选实施例的电池充电电路；
[0031]图9是一种可选实施例的主控芯片电路图；
[0032]图10是一种可选实施例的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统功能框图。
【具体实施方式】
[0033]下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
[0034]在本发明提供的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统的实施例中，如图10所示的控制系统，包括:主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块；
[0035]如图9所示，所述主控单元包括STM32F103C8T6控制芯片；
[0036]所述STM32F103C8T6控制芯片分别连接所述传感器组件、电机驱动模块、通信模块；
[0037]所述传感器组件用于采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6 控制芯片，
[0038]所述STM32F103C8T6控制芯片用于根据所述传感数据获得飞行器当前姿态，并进一步根据目标姿态获得电机控制信号，将所述电机控制信息传输至所述电机驱动模块，和通过所述通信模块接收遥控信号，根据所述遥控信号确定所述目标姿态，
[0039]所述电机驱动模块用于根据所述电机控制信息对设置于四个方向上的旋翼进行控制，从而控制飞行器的姿态。
[0040]上述基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统是机体部分的控制系统，而一般还配备有遥控器，遥控器上设有用于与电脑通信的遥控器USB电路，遥控器USB电路参见图7。
[0041]本发明通过STM32单片机实时控制四个旋翼的转速实现平稳飞行，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
[0042]如图3所示，所述传感器组件包括MPU6050九轴运动处理传感器;所述MPU6050九轴运动处理传感器采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0043]所述MPU6050九轴运动处理传感器是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了 3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器(DMP，Digital Mot1nProcessor)，该可扩展的数字运动处理器用I2C接口连接一个第三方的数字传感器进行扩展，比如磁力计。MPU-6050也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的模数转换器(ADC)，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，MPU6050九轴运动处理传感器的测量范围都是用户可控的。MPU6050设有一个片上1024字节的先入先出存储器(FIFO)，有助于降低系统功耗。MPU6050和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口。另外，MPU6050片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器。MPU6050芯片尺寸4X4 X0.9mm，采用QFN封装(无引线方形封装)，可承受最大1000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。关于电源，MPU-6050可支持VDD范围2.5V±5%，3.0V±5%，或3.3V土5%0
[0044]如图2所示的实施例中，所述电机驱动模块包括4个MOS管驱动电路，每个所述MOS管驱动电路分别根据自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的电机控制信息独立控制一个所述旋翼。
[0045]所述通信模块包括SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路;所述SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路分别连接所述STM32F103C8T6控制芯片。所述SI4432射频收发电路如图4所示。
[0046]如图5所示，所述串口显示灯电路包括若干个并联的发光二极管，所述发光二极管的一端连接3.3V稳压输出电源，另一端连接所述STM32F103C8T6控制芯片。
[0047]所述串口通信接口电路包括如图6所示的PIN3接口电路。
[0048]还包括主体电源模块;所述主体电源模块包括:图1所示的3.3V稳压输出电源、图8所示的电池充电电路、锂电池模块；
[0049]所述3.3V稳压输出电源与所述主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块连接供电，
[0050]所述电池充电电路与所述3.3V稳压输出电源相连，所述电池充电电路如图8所示。[0051 ]所述锂电池模块为所述旋翼提供5V电源电压。
[0052]所述四旋翼飞行器控制系统还包括遥控器，所述遥控器用于根据外部输入向所述通信模块发送所述遥控信号，所述通信模块接收所述遥控信号后传输给所述主控模块的所述STM32F103C8T6控制芯片，所述STM32F103C8T6控制芯片根据所述遥控信号进行目标姿态的设定。
[0053]基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于STM32的微型四旋翼飞行器，其包括所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统。
[0054]以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，包括:主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块； 所述主控单元包括STM32F103C8T6控制芯片； 所述STM32F103C8T6控制芯片分别连接所述传感器组件、电机驱动模块、通信模块； 所述传感器组件用于采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6控制芯片， 所述STM32F103C8T6控制芯片用于根据所述传感数据获得飞行器当前姿态，并进一步根据目标姿态获得电机控制信号，将所述电机控制信息传输至所述电机驱动模块，和通过所述通信模块接收遥控信号，根据所述遥控信号确定所述目标姿态， 所述电机驱动模块用于根据所述电机控制信息对设置于四个方向上的旋翼进行控制，从而控制飞行器的姿态。2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述传感器组件包括MPU6050九轴运动处理传感器;所述MPU6050九轴运动处理传感器采集传感数据并将所述传感器数据传输给所述STM32F103C8T6控制芯片。3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括4个MOS管驱动电路，每个所述MOS管驱动电路分别根据自所述STM32F103C8T6控制芯片接收的电机控制信息独立控制一个所述旋翼。4.根据权利要求1所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述通信模块包括SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路;所述SI4432射频收发电路、串口显示灯电路、串口通信接口电路分别连接所述STM32F103C8T6控制芯片。5.根据权利要求4所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述串口显示灯电路包括若干个并联的发光二极管，所述发光二极管的一端连接3.3V稳压输出电源，另一端连接所述STM32F103C8T6控制芯片。6.根据权利要求4所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，所述串口通信接口电路包括PIN3接口电路。7.根据权利要求1所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统，其特征在于，还包括主体电源模块;所述主体电源模块包括:3.3V稳压输出电源、电池充电电路、锂电池丰旲块; 所述3.3V稳压输出电源与所述主控模块、传感器组件、电机驱动模块、通信模块连接供电， 所述电池充电电路与所述3.3V稳压输出电源相连， 所述锂电池模块为所述旋翼提供5V电源电压。8.—种基于STM32的微型四旋翼飞行器，其特征在于，还包括权利要求1-7任一所述的一种基于STM32的微型四旋翼飞行器控制系统。
【文档编号】G05D1/10GK105912010SQ201610473795
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】吴振英, 李轻松, 王莉莉, 金薇, 刘涛
【申请人】苏州工业职业技术学院