一种基于单片机的物流飞控的制作方法

本实用新型涉及无人机的控制设备，具体涉及一种基于单片机的物流飞控。

背景技术：

当今时代，运用无人机送货上门已经逐渐成为趋势。现有的无人机送货上门服务都是在人流量和车流量少的地区进展，由于物流无人机的安全性经常因为外界环境干扰，因此，设计具有抗干扰能力的物流飞控是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题：为了克服现有飞控技术运用在物流过程中，由于外界气流、湿度、电子调速器以及电机振动干扰等问题，提供一种基于单片机的物流飞控，本实用新型既能限制自身电机对单片机产生的干扰，又能在进行物流任务时检测气候环境的干扰以便于无人机面对干扰时采取相应措施，具有结构简单，成本低廉的优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种基于单片机的物流飞控，包括控制单元、传感器单元、输入单元、输出单元、外设接口单元和电源单元，所述电源单元的输出端分别与控制单元、传感器单元、输入单元、输出单元、外设接口单元相连，所述控制单元为单片机控制板，所述传感器单元包括温湿度传感器、气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器以及温度传感器，所述温湿度传感器、气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器、温度传感器的输出端分别与单片机控制板上的单片机输入端相连，所述输入单元包括用于接收无人机控制信号的接收机，所述输出单元包括LED指示灯和用于驱动无人机的电机驱动模块，所述接收机的输出端分别与单片机控制板上的单片机输入端相连，所述输出单元的LED指示灯和电机驱动模块分别与单片机控制板上的单片机输出端相连，且所述控制单元的单片机和电机驱动模块之间串接有高速比较器，所述外设接口单元与单片机控制板上的单片机相连。

优选地，所述气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器的I2C总线输出端连接有模拟开关，所述气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器的I2C总线输出端分别通过模拟开关与单片机控制板上的单片机输入端相连，且所述模拟开关的控制端与单片机控制板上的单片机输入端相连。

优选地，所述外设接口单元包括GPS模块、超声波模块和摄像头模块，所述GPS模块、超声波模块、摄像头模块分别与单片机控制板上的单片机相连。

优选地，所述电源单元包括依次相连的电池模块、升压电路和稳压电路，所述稳压电路的输出端分别与控制单元、传感器单元、输入单元、输出单元、外设接口单元相连。

优选地，所述电池模块的输出端连接有TVS保护电路，且所述电池模块的输出端通过TVS保护电路接地。

优选地，所述TVS保护电路由反向串联布置的TVS二极管D1和TVS二极管D2组成。

本实用新型基于单片机的物流飞控具有下述优点：本实用新型的输出单元包括LED指示灯和用于驱动无人机的电机驱动模块，所述传感器单元以及接收机的输出端分别与单片机控制板上的单片机输入端相连，所述输出单元的LED指示灯和电机驱动模块分别与单片机控制板上的单片机输出端相连，且所述控制单元的单片机和电机驱动模块之间串接有高速比较器，起到隔离单片机的作用，避免了电机驱动模块对于单片机的干扰，既能限制自身电机对单片机产生的干扰；传感器单元包括温湿度传感器、气压传感器、电子罗盘以及三维角度传感器，能在进行物流任务时检测气候环境的干扰以便于无人机面对干扰时采取相应措施，具有结构简单，成本低廉的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的框架结构示意图。

图2为本实用新型实施例中高速比较器的电路原理示意图。

图3为本实用新型实施例中一个模拟开关芯片的电路原理示意图。

图4为本实用新型实施例中另一个模拟开关芯片的电路原理示意图。

图5为本实用新型实施例中温湿度传感器的电路原理示意图。

图6为本实用新型实施例中气压传感器的电路原理示意图。

图7为本实用新型实施例中电子罗盘的电路原理示意图。

图8为本实用新型实施例中温度传感器的电路原理示意图。

图9为本实用新型实施例中三维角度传感器的电路原理示意图。

图10为本实用新型实施例中升压电路的电路原理示意图。

图11为本实用新型实施例中稳压电路的电路原理示意图。

图例说明：1、控制单元；2、传感器单元；3、输入单元；4、输出单元；5、外设接口单元；6、电源单元。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供一种基于单片机的物流飞控，包括控制单元1、传感器单元2、输入单元3、输出单元4、外设接口单元5和电源单元6，电源单元6的输出端分别与控制单元1、传感器单元2、输入单元3、输出单元4、外设接口单元5相连，控制单元1为单片机控制板，传感器单元2包括温湿度传感器、气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器以及温度传感器，温湿度传感器、气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器、温度传感器的输出端分别与单片机控制板上的单片机输入端相连，输入单元3包括用于接收无人机控制信号的接收机，输出单元4包括LED指示灯和用于驱动无人机的电机驱动模块（电子调速器），接收机的输出端分别与单片机控制板上的单片机输入端相连，输出单元4的LED指示灯和电机驱动模块分别与单片机控制板上的单片机输出端相连，且控制单元1的单片机和电机驱动模块之间串接有高速比较器，外设接口单元5与单片机控制板上的单片机相连。

如图2所示，本实施例中的高速比较器采用LTC6752-2型高速比较器，其2号引脚作为PWM控制信号输入端和单片机相连，3号引脚作为参考信号输入端和参考电压相连，7号引脚作为PWM信号输出端和电机驱动模块相连。LTC6752-2型高速比较器用于比较参考电压VREF，高压摆率，比较电压在宽范围稳定，输出电压稳定。控制单元1控制输出单元4调节输出电压，连接电机驱动模块，从而控制电机转速。

本实施例中，控制单元1具体采用STM32F407ZGT6单片机核心板，由STM32F407ZGT6单片机引出的PWM输出引脚通过高速比较器LTC6752-2连接电机驱动模块。

本实施例中，气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器的I2C总线输出端连接有模拟开关，气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器的I2C总线输出端分别通过模拟开关与单片机控制板上的单片机输入端相连，且模拟开关的控制端与单片机控制板上的单片机输入端相连。本实施例中通过温湿度传感器的加入，能够弥补物流飞控无法检测周围温度和湿度的不足，可以实现对高度信息、气压信息、姿态信息、温度信息、湿度信息的全面采集，便于控制单元1做出飞行控制，利于物流飞控判断气候情况是否符合工作条件，利于物流飞控避开不良的作业环境。目前市面上的物流飞控采用I2C总线挂载多个传感器，I2C总线一般在机内非常小的范围内使用，收发设备距离极短，因此稳定性不高，而且I2C总线有负载电容400pF的限制。本实施例中通过在气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器的输出端增加模拟开关，有效地避免了传感器之间相互干扰，同时能够有效解决I2C挂载多个传感器所导致的驱动能力不足的问题。

如图3和图4所示，本实施例中模拟开关采用两个ADG1409模拟开关芯片，ADG1409模拟开关引脚1和引脚16连接单片机，控制选择工作通道，引脚2用于使能工作状态，且一个ADG1409模拟开关芯片4、5、6号引脚分别将气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器三者的I2C SCL数据线选通一路作为输出，另一个ADG1409模拟开关芯片4、5、6号引脚分别将气压传感器、电子罗盘、三维角度传感器三者的I2C SDA数据线选通一路作为输出。

如图5所示，温湿度传感器采用DTH11芯片及其外围电路实现，DTH11芯片的2号引脚作为输出端D4和单片机相连，且2号引脚通过电阻ATH11_R1电阻和+3.3V的电压相连，1号引脚则直接与+3.3V的电压相连。

如图6所示，气压传感器采用MS5611芯片及其外围电路实现，MS5611芯片的7、8号引脚作为分别作为I2C总线的SCL、SDA输出端连接到I2C总线，1、2号引脚则直接与+3.3V的电压相连，1、2号引脚通过电容MS5611_C1接地，3、4号引脚则直接接地。

如图7所示，电子罗盘采用AK8975芯片及其外围电路实现，AK8975芯片的4、5号引脚作为分别作为I2C总线的SCL、SDA输出端连接到I2C总线，11、13、15号引脚则直接接地，2、7、16号引脚则直接与+3.3V的电压相连。

如图8所示，温度传感器包括2个温度传感器AD590，串联电阻AD590_R1和电阻AD590_R2，输出模拟信号经过OPA690跟随器，后接同相放大器OPA695进行信号的固定增益放大，输出接如ADC0832转换为数字信号后输出至单片机，单片机可求出其周围的多点平均温度。

如图9所示，三维角度传感器采用MPU6050芯片及其外围电路实现，MPU6050芯片整合性6轴运动处理组件，带有16位ADC和信号调理的三轴MEMS速率陀螺仪传感器、具有16位ADC和信号调理的三轴MEMS加速度传感器以及支持主I2C和SPI（仅MPU-6000）串行通信接口，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。

本实施例中，输入单元3主要包含8路PWM输入，连接接收机用于接收遥控信息。

本实施例中，输出单元4主要包含4路PWM输出，分别PWM_R1，PWM_R2，PWM_R3，PWM_R4连接4个LTC6752-2型高速比较器的正输入端，4个高速比较器LTC6752负输入端连接参考电压VREF，由+5V电源经过2个1k的分压电阻PWR_R3、PWR_R4获得，LTC6752-2型高速比较器输出端连接电机驱动模块。

如图1所示，外设接口单元5包括GPS模块、超声波模块和摄像头模块，GPS模块、超声波模块、摄像头模块分别与单片机控制板上的单片机相连。

由于温度原因，电池过放或者电池长时间使用导致产生电压不稳定的情况，导致电池电压变化，影响单片机工作环境。本实施例中，电源单元6包括依次相连的电池模块、升压电路和稳压电路，稳压电路的输出端分别与控制单元1、传感器单元2、输入单元3、输出单元4、外设接口单元5相连。通过电池模块、升压电路和稳压电路的结构，能够实现兼容2.5V到5V的电池模块供电输入且保持稳定电源输出，对于电池过放、温度变化、电池长时间使用导致产生电压不稳定的情况，提供稳定的供电环境。如图10所示，本实施例中的升压电路采用LTC3200芯片及其外围电路实现；

如图10所示，电池模块的输出端连接有TVS保护电路，且电池模块的输出端通过TVS保护电路接地。当瞬间电压超过其击穿电压时，TVS保护电路就会提供一个低阻抗的路径，并通过大电流方式使流向被保护元器件的瞬间电流分流到TVS保护电路的TVS二极管，同时将受保护元器件两端的电压限制在TVS保护电路的箝制电压内。如图10所示，本实施例中TVS保护电路由反向串联布置的TVS二极管D1和TVS二极管D2组成。

如图11所示，本实施例中的稳压电路基于XC6206稳压芯片及其外围电路实现，于XC6206稳压芯片的3号引脚输入升压电路输出的5V电压，通过2号引脚输出3.3V电源。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。