一种基于单片机及gprs模块和陀螺仪装置的无人机的制作方法
【专利摘要】本实用新型是基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，将GPRS模块置于四旋翼无人机上，利用单片机技术，GPRS网络技术及陀螺仪和加速度计等设备使得操作人员可以远程利用网络操控无人机，将操控端GPRS模块将信号通过网络上传至服务器，由服务器通过移动数据网络将信号传输到无人机上的GPRS模块，然后通过机载GPRS模块将信号转化为电信号，使得无人机可以根据操作人员发出的指令做出各项高难度复杂动作，若在短时间内没有信号输入，则无人机默认为悬停状态，若在既定的长时间内没有信号输入，则无人机默认为安全着陆并且执行，只要有运营商的移动数据网络信号即可正常运行，做到无人机摆脱对操控终端操控距离的限制。
【专利说明】
一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种无人机操作系统和GPRS数据流控制，具体为一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机。
【背景技术】
[0002]随着科学技术、自动化技术及飞行制造技术的不断发展，各种各样的无人机已经渐渐走进了我们的生活中。无论是军用的侦查无人机还是商业用的航拍无人机，无人机在我们的生活中已经扮演了不可或缺的角色。无人机的诞生使得人类可以利用无人机前往一些载人飞机无法到达的地方，同时无人机的诞生也使得人类在飞机控制上有了质的突破，可以完成人类飞行员无法完成的飞行任务，无人机的诞生也可以免除飞行员培养的高昂费用。
[0003]然而，现阶段的无人机普遍存在操作距离短，难以异地操作，难以使用电脑智能电话等现代化常用设备操控，操纵终端通用性能差等种种问题。
[0004]单片机是很多自动化设备的基本芯片，可以轻松实现用电脑进行编程，然后下载至单片机内，将单片机作为核心控制单位对无人机进行控制做出将信号传输至GPRS模块，将GPRS模块传输的信息发送至无人机的相关组件做出诸如悬停，自动启动着陆程序，前进，后退等动作。
[0005]GPRS模块广泛运用于各种无线终端上，可以轻松与网络连接从而实现信号的传输与数据的交换，将操纵终端的信息传输至无人机上也将无人机的飞行数据传输回操控者处，同时GPRS模块也具有哪里有信号哪里就能接收信号的显著优势。
[0006]而陀螺仪和加速度计广泛运用于各种无人机上，使得无人机做到方向不平横时及时修正方向，做到水平，失速时及时调整机体及螺旋桨转速使得无人机免于失速等。同时作为辅助操纵使得悬停的操作更为简便，使得飞机无法接收到信号的时候做出悬停动作成为可能。
[0007]普通的航模飞机控制距离有限，而GPRS网络全国覆盖率已达到92%，除西藏等偏远地区几乎每个地方都能接收的到GPRS网络信号，现在各个运营商都在大力推行4G网络，一但利用GPRS网络控制无人机的技术成熟后，我们可以转进4G网络并在无人机上加上一个机载高清运动摄像头，4G网络下载速度可达100Mbps，上传速度可达20Mbps，这个速度已经满足了传输高清视频的要求了。所以，一但转进用4G网络控制无人机，只要电池满足的情况下，无人机哪里都可以飞。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，具有结构简单，具有经久耐用，能超视距操控无人机，在无人机无法接收到信号时及时做出反应，无人机的操控变得简单方便等优势。
[0009]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，包括电机，电调，陀螺仪，加速计，航模电池，机载GPRS模块，机载单片机，四轴机架，控制端，摇杆;所述控制端包括GPRS模块、单片机、摇杆;其特征在于:陀螺仪和加速计定在四轴机架内部中心位置，机载单片机和机载GPRS模块固定于靠近陀螺仪和加速计前面旁边的位置，陀螺仪和加速计连接机载单片机，机载单片机连接机载GPRS模块，四轴机架设有四个机臂，电调固定在机臂中间位置，电机置于机臂末端，电机通过导线连接电调，电调连接机载单片机，航模电池设置在四轴机架下方;控制端内置有单片机，单片机分别和GPRS模块及二个摇杆连接;单片机、GPRS模块和摇杆置于同一块PCB板上。
[0010]本实用新型所述陀螺仪型号为L3G4200D。
[0011]本实用新型所述陀螺仪型号为adxl345。
[0012]本实用新型还提供了基于GPRS网络技术操作技术实现信号的全双工传输，内容如下:
[0013](I)操控人员可直接调整飞机的舵量和油门，辅以陀螺仪和加速度计手动操纵无人机；
[0014](2)通过单片机读取摇杆摆动幅度将输出指令转化为信号并将其传送给操控端GPRS模块，通过GPRS网络上传至服务器，使用移动数据网络将信号传输到无人机上面的GPRS模块;
[0015](3)通过GPRS模块将信号转化为电信号，使得无人机可以根据指令做出相应的动作；
[0016](4)无人机所处坐标和通过高清摄像头收集到的周围信息通过单片机和机载GPRS模块的处理再次上传到服务器；
[0017](5)通过单片机的再次运算，获得可阅信息，实现双向通信同时进行。
[0018]根据本实用新型所述，无人机在信号输入受阻的情况下所作出的应急措施特征如下:
[0019](I)短时间内(一秒)无法接受到输入信号时，无人机可以依照单片机外接的EEPROM应急指令并根据陀螺仪以及其他感应器系统做到悬停，既当无人机运动方向不平横时及时修正方向，保持水平，失速时及时调整机体及螺旋桨转速，达到悬停效果；
[0020](2)长时间内(十分钟)无法接收到输入信号时，无人机可以自动开启应急保护，进行迫降。具体操作为弹开降落伞，切断动力输出使得旋翼停止运转，并且通过超声波发出求救信号，使得操作人员进入搜救范围后方便寻找。
[0021]根据本实用新型所述，侦查勘探要求的各类传感器如数据三轴陀螺仪、重力传感器、GPS地理传感器、数字罗盘、气压计和高清运动摄像头等可以与机载GPRS模块进行连接，分别测量得到飞机的俯仰和滚转角度、地理位置、航向、海拔高度及实时视频图像，实现实时数据传输，具体操作为感应器将各类感应数据转化为电信号传输给机载GPRS模块，再由此将数据传输给附近的信号塔，信号塔将数据传输给GPRS模块，通过单片机的运算，将数据转化为可阅信息。
[0022]本实用新型的有益效果是:无人机的诞生使得人类可以利用无人机前往一些载人飞机无法到达的地方，同时无人机的诞生也使得人类在飞机控制上有了质的突破，可以完成人类飞行员无法完成的飞行任务，无人机的诞生也可以免除飞行员培养的高昂费用。
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的结构不意图。
[0024]图2为本实用新型的控制端结构示意图。
[0025]图3是本实用新型提出的无人机操作系统工作原理示意图。
[0026]在图中，I为电机，2为电调，3为陀螺仪，4为加速度计，5为航模电池，6为机载GPRS模块，7为机载单片机，8为四轴机架，9为控制端，1为摇杆，11、GPRS模块，12、单片机。
【具体实施方式】
[0027]如图1、图2所示，本实用新型是这样来工作的，基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，其主要包括电机I，电调2，陀螺仪(3)，加速计(4)，航模电池5，GPRS模块6，单片机7，四轴机架8，控制端9，摇杆10;其特征在于:本装置陀螺仪(3)和加速计(4)定在四轴机架8内部中心位置，机载单片机7和机载GPRS模块6固定于靠近前面两者旁边的位置，电调2固定在机臂中间位置，电机I置于机臂末端，航模电池5用扎带固定在四轴机架8下方。用导线连接机载单片机7、电调2、电机1、陀螺仪3、加速度计4以及机载GPRS模块6;机载单片机7通过加速度计4和陀螺仪3读取飞机3轴偏转角速度和3轴加速度，机载单片机7通过算法运算融合加速度计4和陀螺仪3数据得到飞机实时的姿态，然后机载单片机7根据飞机的实施姿态向电调2发出P丽信号通过电调2控制四个电机I的转速从而控制飞机平衡;控制端9的单片机12、GPRS模块11和摇杆10置于同一块PCB板上，他们之间用导线连接。单片机12通过AD转换读取摇杆10摆动幅度确定飞机将要飞行的速度、角度以及偏转方向。然后单片机12将指令发给控制端GPRS模块11，控制端GPRS模块11通过网络将指令发给机载GPRS模块6，机载GPRS模块6再将命令发给机载单片机7。机载单片机7根据命令调整飞机飞行姿态。同时机载单片机7也可以将飞行姿态实时信息反向传输回控制端9。
【主权项】
1.一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，包括电机，电调，陀螺仪，加速计，航模电池，机载GPRS模块，机载单片机，四轴机架，控制端，摇杆;所述控制端包括GPRS模块、单片机、摇杆;其特征在于:陀螺仪和加速计定在四轴机架内部中心位置，机载单片机和机载GPRS模块固定于靠近陀螺仪和加速计前面旁边的位置，陀螺仪和加速计连接机载单片机，机载单片机连接机载GPRS模块，四轴机架设有四个机臂，电调固定在机臂中间位置，电机置于机臂末端，电机通过导线连接电调，电调连接机载单片机，航模电池设置在四轴机架下方;控制端内置有单片机，单片机分别和GPRS模块及二个摇杆连接;单片机、GPRS模块和摇杆置于同一块PCB板上。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，其特征在于:所述陀螺仪型号为L3G4200D。3.根据权利要求1所述的一种基于单片机及GPRS模块和陀螺仪装置的无人机，其特征在于:所述陀螺仪型号为adxl 345。
【文档编号】G05B19/042GK205656467SQ201620309444
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月14日 公开号201620309444.8, CN 201620309444, CN 205656467 U, CN 205656467U, CN-U-205656467, CN201620309444, CN201620309444.8, CN205656467 U, CN205656467U
【发明人】杨志豪
【申请人】南昌航空大学