无人机控制系统及方法与流程

1.本发明涉及飞行控制技术领域，尤其涉及一种无人机控制系统及方法。


背景技术：

2.相关技术中，每种无人机通常采用一个独立的控制系统控制，但因为市场需求的差异化，不同客户对无人机种类的需求不同，这种情况下开发人员需要针对不同种类的无人机开发对应的控制系统，导致开发成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于：提供一种无人机控制系统及方法，旨在解决现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.第一方面，本发明提供一种无人机控制系统，系统包括选择模块，与选择模块连接的信号处理模块，以及，与信号处理模块连接的控制模块，控制模块还与无人机旋翼的电子调速器连接；
6.选择模块，用于根据无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号；
7.信号处理模块，用于将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号；
8.控制模块，用于根据电调方案信号，确定对应的电调方案；根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
9.可选地，选择模块包括拨码开关；
10.拨码开关，与信号处理模块连接，用于响应用户根据旋翼数量执行的手动操作，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号。
11.可选地，信号处理模块包括微控制器u1；
12.微控制器u1的第八引脚与拨码开关的第一引脚连接，微控制器u1的第九引脚与拨码开关的第二引脚连接，微控制器u1的第十引脚与拨码开关的第三引脚连接，微控制器u1的接地端与拨码开关的第四引脚连接。
13.可选地，系统还包括分别与电源、控制模块、信号处理模块和电子调速器连接的电源管理模块；
14.电源管理模块，用于将电源的输出电压转换为供电电压，为控制模块、信号处理模块和电子调速器供电。
15.可选地，系统还包括与控制模块连接的定位模块；
16.定位模块，用于采集无人机的位置信息和机头朝向信息；
17.控制模块，还用于根据接收到的飞行轨迹、位置信息和机头朝向信息控制无人机飞行。
18.可选地，系统还包括与控制模块连接的状态监测模块；
19.状态监测模块，用于采集无人机的飞行状态信息；
20.控制模块，还用于根据飞行轨迹、飞行状态信息、位置信息和机头朝向信息控制无人机飞行。
21.可选地，系统还包括与信号处理模块连接的机载云台模块；
22.机载云台模块，用于采集无人机的飞行环境信息；
23.信号处理模块，还用于将飞行环境信息发送到无人机的地面站。
24.可选地，系统还包括与信号处理模块连接的数图传输模块；
25.数图传输模块，用于将信号处理模块发送的飞行环境信息传输至地面站。
26.可选地，系统还包括与信号处理模块连接的扩展模块；
27.扩展模块，还与无人机的脚架舵机和挂载接口连接，用于根据信号处理模块输出的舵机控制信号控制脚架舵机工作，并根据信号处理模块输出的挂载控制信号，控制与挂载接口连接的挂载设备工作。
28.第二方面，本发明还提供一种无人机控制方法，应用于无人机控制系统，方法包括：
29.通过选择模块根据无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号；
30.通过信号处理模块将电调方案选择信号转换为电调方案信号；
31.通过控制模块根据电调方案信号，确定对应的电调方案；
32.通过控制模块根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
33.本发明提供一种无人机控制系统及方法，首先，通过选择模块根据无人机的旋翼数量生成对应的电调方案选择信号，然后，通过信号处理模块将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号，最后，通过控制模块根据电调方案信号确定对应的电调方案，生成电调信号到无人机旋翼的电子调速器，使电子调速器控制无人机的旋翼电机工作；本发明通过选择模块、信号处理模块和控制模块将无人机的旋翼数量与电调方案进行结合，形成了根据旋翼数量的不同对应控制不同的无人机，实现了一个控制系统可以应用于多种无人机的效果，解决了现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题，本发明提出的无人机控制系统，通用性较高，可以应用到不同需求的无人机上，降低了无人机的开发成本。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
35.图1为本发明无人机控制系统第一实施例的结构示意图；
36.图2为本发明无人机控制系统第二实施例的结构示意图；
37.图3为本发明无人机控制方法一实施方式的流程示意图。
38.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
41.在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者系统中还存在另外的相同要素。
42.另外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
43.鉴于现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题，本发明提供了一种无人机控制系统及方法，总体思路如下：
44.系统包括选择模块，与选择模块连接的信号处理模块，以及，与信号处理模块连接的控制模块，控制模块还与无人机旋翼的电子调速器连接；选择模块，用于根据无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号；信号处理模块，用于将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号；控制模块，用于根据电调方案信号，确定对应的电调方案；根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
45.本发明提供一种无人机控制系统及方法，首先，通过选择模块根据无人机的旋翼数量生成对应的电调方案选择信号，然后，通过信号处理模块将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号，最后，通过控制模块根据电调方案信号确定对应的电调方案，生成电调信号到无人机旋翼的电子调速器，使电子调速器控制无人机的旋翼电机工作；本发明通过选择模块、信号处理模块和控制模块将无人机的旋翼数量与电调方案进行结合，形成了根据旋翼数量的不同对应控制不同的无人机，实现了一个控制系统可以应用于多种无人机的效果，解决了现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题，本发明提出的无人机控制系统，通用性较高，可以应用到不同需求的无人机上，降低了无人机的开发成本。
46.下面结合附图和具体实施方式对本发明的通用无人机控制系统进行详细描述。
47.实施例一
48.参照图1，图1为本发明无人机控制系统第一实施例的结构示意图；本实施例提供一种无人机控制系统，系统包括选择模块，与选择模块连接的信号处理模块，以及，与信号处理模块连接的控制模块，控制模块还与无人机旋翼的电子调速器连接；
49.选择模块，用于根据无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号；
50.信号处理模块，用于将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号；
51.控制模块，用于根据电调方案信号，确定对应的电调方案；根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
52.本实施例中，无人机可以为四旋翼无人机、六旋翼无人机或八旋翼无人机等，电调方案分别对应为四旋翼电调方案、六旋翼电调方案或八旋翼电调方案，选择模块可以包括手动选择模块或自动选择模块；无人机的每个旋翼包括对应的旋翼电机和桨叶，每个旋翼电机通过对应的电子调速器驱动，例如，四旋翼无人机包括四个旋翼电机，需要四个电子调速器分别驱动四个旋翼电机，以此类推，六旋翼无人机包括六个旋翼电机，需要六个电子调速器，八旋翼无人机包括八个旋翼电机，需要八个电子调速器；对应的电调信号包括四路电调信号、六路电调信号或八路电调信号；电子调速器可以根据控制模块发送的电调信号，调节对应的旋翼电机的转速，控制无人机的运动状态，其中，运动状态包括悬停、垂直运动、滚动运动、俯仰运动以及偏航运动等状态。
53.具体的，选择模块包括拨码开关；
54.拨码开关，与信号处理模块连接，用于响应用户根据旋翼数量执行的手动操作，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号。
55.本实施例中，拨码开关为手动选择模块，拨码开关可以为四键拨码开关，用户可以为无人机地面站的技术人员和指挥人员等，地面站可以包括遥控器、电脑、视频显示器、电源系统和电台等设备，用户通过地面站可以实现对无人机的飞行控制，包括对无人机运动状态的控制。
56.具体实现中，当需要控制的无人机为四旋翼无人机时，用户可以通过接通拨码开关的第一按键和第四按键，输出四旋翼电调方案选择信号；当需要控制的无人机为六旋翼无人机时，用户可以通过接通拨码开关的第二按键和第四按键，输出六旋翼电调方案选择信号；当需要控制的无人机为八旋翼无人机时，用户可以通过接通拨码开关的第三按键和第四按键，输出八旋翼电调方案选择信号。
57.具体的，信号处理模块包括微控制器u1；
58.微控制器u1的第八引脚与拨码开关的第一引脚连接，微控制器u1的第九引脚与拨码开关的第二引脚连接，微控制器u1的第十引脚与拨码开关的第三引脚连接，微控制器u1的接地端与拨码开关的第四引脚连接。
59.本实施例中，微控制器u1可以为控制芯片f217，控制模块包微控制器u6，微控制器u6可以为飞控芯片f427，飞控芯片f427中可以写入四旋翼无人机、六旋翼无人机和八旋翼无人机的控制程序，四旋翼电调方案、六旋翼电调方案和八旋翼电调方案分别与四旋翼无人机控制程序、六旋翼无人机控制程序和八旋翼无人机的控制程序一一对应；飞控芯片
f427可以根据接收到的电调方案信号确定电调方案对应的无人机控制程序，根据对应的无人机控制程序输出电调信号。
60.具体实现中，首先，通过用户根据需要控制的无人机的旋翼数量，接通拨码开关的对应按键，输出电调方案选择信号；其次，通过微控制器u1根据接收电调方案选择信号对应的引脚将电调方案选择信号转换为对应的电调方案信号；最后，通过飞控芯片根据电调方案信号确定对应的无人机控制程序，根据对应的无人机控制程序输出电调信号，控制无人机的电子调速器驱动旋翼电机工作。
61.本实施例提供一种无人机控制系统，通过拨码开关、微控制器和飞控芯片将无人机的旋翼数量与电子调速器的控制方案进行结合，形成了根据旋翼数量的不同对应控制不同的无人机，实现了一个控制系统可以应用于多种无人机的效果，解决了现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题，本发明提出的无人机控制系统，通用性较高，可以应用到不同需求的无人机上，降低了无人机的开发成本。
62.实施例二
63.进一步的，参照图2，图2为本发明无人机控制系统第二实施例的结构示意图，本实施例提供一种无人机控制系统，基于上述实施例一，系统还包括与控制模块连接的定位模块；
64.定位模块，用于采集无人机的位置信息和机头朝向信息；
65.控制模块，还用于根据接收到的飞行轨迹、位置信息和机头朝向信息控制无人机飞行。
66.本实施例中，如图2所示，控制模块和信号处理模块设置于无人机的主板，主板还包括闪存芯片flash、接口模块usb-port、快闪存储卡tf-card和气压计；定位模块包括gps(global positioning system，全球定位系统)和指南针，gps可以采集无人机的飞行速度和飞行高度等信息，确定无人机的位置信息，并且通过气压计可以测量不同位置的气压，计算压差消除无人机在逆风环境下采集的位置信息的误差；指南针可以采集无人机的机头朝向信息，飞行轨迹可以为地面站根据飞行任务规划的无人机航线。
67.具体实现中，在无人机控制过程中，通过定位模块采集无人机的位置信息和机头朝向信息，当无人机飞行偏离规划的飞行轨迹时，通过控制模块根据飞行轨迹、位置信息和机头朝向信息，纠正无人机的飞行偏离，使无人机按照规划的飞行轨迹飞行。
68.本实施例提供一种无人机控制系统，通过定位模块实时监测无人机的位置信息和机头朝向信息，纠正无人机的飞行偏离，使无人机按照规划的飞行轨迹飞行，提高了无人机控制系统的可靠性。
69.具体的，系统还包括与控制模块连接的状态监测模块；
70.状态监测模块，用于采集无人机的飞行状态信息；
71.控制模块，还用于根据飞行轨迹、飞行状态信息、位置信息和机头朝向信息控制无人机飞行。
72.本实施例中，状态监测模块包括陀螺仪，陀螺仪可以作为传感器，采集无人机飞行时的加速度、角度和角速度等飞行状态信息。
73.具体实现中，在无人机飞行过程中，通过状态监测模块实时采集无人机的飞行状态信息，当无人机飞行偏离航线时，通过控制模块根据飞行状态信息、飞行轨迹、位置信息
和机头朝向信息，纠正无人机的飞行偏离，使无人机按照预设的飞行轨迹飞行。
74.本实施例提供一种无人机控制系统，通过状态监测模块实时监测无人机的飞行状态，纠正无人机的飞行偏离，使无人机按照规划的飞行轨迹飞行，提高了无人机控制系统的可靠性。
75.具体的，系统还包括与信号处理模块连接的机载云台模块；
76.机载云台模块，用于采集无人机的飞行环境信息；
77.信号处理模块，还用于将飞行环境信息发送到无人机的地面站。
78.本实施例中，机载云台模块包括摄像机，无人机飞行时，通过摄像机可以采集无人机的飞行环境信息。
79.具体实现中，在无人机飞行过程中，通过机载云台模块实时采集无人机的飞行环境信息，通过信号处理模块将飞行环境信息发送到无人机的地面站，使地面站的用户根据接收到的飞行环境信息，控制无人机飞行。
80.本实施例提供一种无人机控制系统，通过机载云台模块实时监测无人机的飞行环境，使地面站的用户可以根据接收到的飞行环境信息，实时规划无人机的飞行轨迹，避免了飞行环境中的障碍物影响无人机的飞行，提高了无人机控制系统的可靠性和安全性。
81.具体的，系统还包括与信号处理模块连接的数图传输模块；
82.数图传输模块，用于将信号处理模块发送的飞行环境信息传输至地面站。
83.本实施例中，数图传输模块是无人机与地面站之间的通信工具，无人机飞行时的位置信息、机头朝向信息、飞行状态信息和飞行环境信息等信息都可以通过数图传输模块传输，以方便地面站实时监控无人机飞行情况，根据需要随时修改无人机航向。
84.具体实现中，在无人机飞行过程中，通过机载云台模块实时采集无人机的飞行环境信息，通过信号处理模块将飞行环境信息发送到数图传输模块，通过数图传输模块将飞行环境信息传输到无人机的地面站，使地面站的用户根据接收到的飞行环境信息，控制无人机飞行。
85.本实施例提供一种无人机控制系统，通过数图传输模块在无人机和地面站之间实时传输无人机的飞行情况，实现了无人机飞行情况的实时监控，提高了无人机控制系统的可靠性。
86.具体的，系统还包括与信号处理模块连接的扩展模块；
87.扩展模块，还与无人机的脚架舵机和挂载接口连接，用于根据信号处理模块输出的舵机控制信号控制脚架舵机工作，并根据信号处理模块输出的挂载控制信号，控制与挂载接口连接的挂载设备工作。
88.本实施例中，脚架舵机包括左脚架舵机和右脚架舵机，脚架舵机可以控制和保持无人机的机身角度变化，舵机控制信号可以为控制模块根据地面站的控制指令生成的为实现无人机各种运动状态的舵机控制信号，控制指令可以包括控制无人机实现悬停、垂直运动、滚动运动、俯仰运动以及偏航运动等运动状态的控制指令；挂载设备可以包括无人机喊话器或无人机警报器等设备。
89.具体实现中，在无人机飞行过程中，通过扩展模块根据舵机控制信号控制无人机的脚架舵机工作，控制和保持无人机的机身角度变化，实现无人机的运动状态控制；通过扩展模块根据挂载控制信号，控制与挂载接口连接的挂载设备工作，实现相关的挂载设备功
能。
90.具体的，如图2所示，系统还包括分别与电源、控制模块、信号处理模块和电子调速器连接的电源管理模块；
91.电源管理模块，用于将电源的输出电压转换为供电电压，为控制模块、信号处理模块和电子调速器供电。
92.本实施例中，电源可以为蓄电池，蓄电池可以根据实际需要选用，本实施例电源的输出电压为22.2v，电源管理模块包括降压型稳压芯片u2、降压型稳压芯片u3、降压型稳压芯片u4和降压型稳压芯片u5，降压型稳压芯片u2用于将电源的22.2v输出电压转换为5v供电电压为无人机的主板供电，具体的无人机的主板还包括电压转换单元，用于将5v供电电压发送到控制模块和信号处理模块，为控制模块和信号处理模块供电；降压型稳压芯片u3和降压型稳压芯片u4分别用于将电源的22.2v输出电压转换为12v供电电压和5v供电电压为机载云台模块供电；降压型稳压芯片u5用于将电源的22.2v输出电压转换为12v供电电压为数图传输模块供电；电源管理模块还用于将电源的22.2v输出电压转接到电子调速器和扩展模块，为电子调速器和扩展模块供电；其中，降压型稳压芯片可以根据实际需要选型，例如，本实施例选择型号为lt3972的降压型稳压芯片。
93.具体的，如图2所示，系统还包括与信号处理模块连接的臂灯控制模块；
94.臂灯控制模块，用于根据信号处理模块输出的臂灯控制信号，控制无人机的臂灯工作。
95.本实施例中，无人机的臂灯包括前臂灯和后臂灯，臂灯可以用于提供照明和显示无人机的故障状态。
96.具体实现中，在无人机飞行过程中，通过臂灯控制模块根据信号处理模块输出的臂灯控制信号控制无人机的臂灯工作。
97.本实施例提供一种无人机控制系统，通过臂灯控制模块根据臂灯控制信号控制无人机臂灯工作，实现了无人机的照明和故障提示功能。
98.实施例三
99.参照图3，图3为本发明无人机控制方法一实施方式的流程示意图，基于同一发明构思，本实施例提供了一种无人机控制方法，应用于无人机控制系统，方法包括：
100.步骤s100：通过选择模块根据无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号，并输出电调方案选择信号；
101.步骤s200：通过信号处理模块将电调方案选择信号转换为电调方案信号；
102.步骤s300：通过控制模块根据电调方案信号，确定对应的电调方案；
103.步骤s400：通过控制模块根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
104.本实施例中，无人机可以为四旋翼无人机、六旋翼无人机或八旋翼无人机等，电调方案分别对应为四旋翼电调方案、六旋翼电调方案或八旋翼电调方案，选择模块可以包括手动选择模块或自动选择模块；无人机的每个旋翼包括对应的旋翼电机和桨叶，每个旋翼电机通过对应的电子调速器驱动，例如，四旋翼无人机包括四个旋翼电机，需要四个电子调速器分别驱动四个旋翼电机；电子调速器可以根据控制模块发送的电调信号，调节对应的旋翼电机的转速，控制无人机的运动状态，其中，运动状态包括悬停、垂直运动、滚动运动、
俯仰运动以及偏航运动等状态。
105.具体实现中，首先，通过选择模块根据需要控制的无人机的旋翼数量，生成与旋翼数量对应的电调方案选择信号；其次，通过信号处理模块将电调方案选择信号转换为电调方案信号；然后，通过控制模块根据电调方案信号，确定对应的电调方案，最后，通过控制模块根据电调方案，生成对应的电调信号，并将电调信号发送至电子调速器，使电子调速器驱动无人机的旋翼电机工作。
106.本实施例提供一种无人机控制方法，通过选择模块、信号处理模块和控制模块将无人机的旋翼数量与电调方案进行结合，形成了根据旋翼数量的不同对应控制不同的无人机，实现了一个控制系统可以应用于多种无人机的效果，解决了现有无人机采用独立的控制系统控制，开发成本较高的技术问题，本发明提出的无人机控制系统，通用性较高，可以应用到不同需求的无人机上，降低了无人机的开发成本。
107.需要说明的是，由于本实施例的方法所执行的步骤与前述系统实施例的步骤相同，其具体的实施方式以及可以达到的技术效果都可参照前述实施例，这里不再赘述。
108.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。