一種飛行控制器及其輔助飛行控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙控飛行控制領(lǐng)域，具體涉及一種帶有輔助飛行控制器的飛行控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，遙控飛行器在操作時(shí)必須相當(dāng)全神貫注，以四漿飛行器為例，主要的原因是由于飛行器飛行時(shí)機(jī)翼轉(zhuǎn)動(dòng)除了提供飛行器的浮力之外，同時(shí)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)除了提供飛行器的浮力之外，同時(shí)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的作用力與反作用力都會(huì)影響飛行器的姿態(tài)與航向，而當(dāng)操作的場(chǎng)所位于戶外時(shí)，飛行器更會(huì)受到風(fēng)勢(shì)以及氣流等影響。因此飛行遙控器的操作人員得隨時(shí)專注于飛行器的姿態(tài)、航向、位置、高度等狀態(tài)，隨時(shí)進(jìn)行修正和穩(wěn)定控制飛行器。
[0003]飛行器操作人員往往需要經(jīng)過(guò)許多的時(shí)間與調(diào)試才能掌握與熟練各種飛行器的控制，使得遙控飛行器應(yīng)用于勘察、探索等工作始終難于達(dá)成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種飛行控制器，在飛行器上裝設(shè)輔助飛行控制器，負(fù)責(zé)將陀螺儀與加速度計(jì)量測(cè)到的方向角(Yaw)、俯仰角(Pitch)、側(cè)滾角(Roll)信號(hào)經(jīng)過(guò)輔助飛行控制器后輸出脈沖寬度調(diào)變(PWM)信號(hào)至四組馬達(dá)，使飛行器能保持姿態(tài)穩(wěn)定與固定的航向。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0006]一種飛行控制器，包括單片機(jī)、螺旋槳馬達(dá)、輔助飛行控制器、電源模塊、無(wú)線接收模塊、圖像傳感器、無(wú)線發(fā)送模塊和PWM信號(hào)四通道輸出模塊；
[0007]輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0008]電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號(hào)四通道輸出模塊依次順序連接；陀螺儀、加速度計(jì)均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，無(wú)線接收模塊、圖像傳感器、無(wú)線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接；
[0009]電源模塊連接圖像傳感器；四通道輸出模塊連接飛行控制器的螺旋槳馬達(dá)的控制電路。
[0010]電源模塊包括為DC/DC雙路直流電源輸出模塊，包括半導(dǎo)體5v集成穩(wěn)壓IC和半導(dǎo)體3.3v集成穩(wěn)壓1C，分別5v和3.3v電壓。
[0011]單片機(jī)為28Pin DIP封裝單片機(jī)。
[0012]螺旋槳馬達(dá)包括前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)。
[0013]前螺旋槳馬達(dá)、后螺旋槳馬達(dá)、左螺旋槳馬達(dá)、右螺旋槳馬達(dá)的控制電路分別連接PWM信號(hào)四通道輸出模塊的四個(gè)輸出通道。
[0014]所述單片機(jī)包括8MHz晶體振蕩器。
[0015]本發(fā)明飛行控制器的工作過(guò)程如下:飛行器開(kāi)機(jī)后保持機(jī)身穩(wěn)定、水平，陀螺儀和加速度計(jì)記錄起始零點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)。系統(tǒng)初始化后系統(tǒng)將即時(shí)接收遙控器發(fā)出的控制訊號(hào)，同時(shí)陀螺儀與加速度計(jì)信號(hào)實(shí)時(shí)輸入采集的數(shù)據(jù)到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PI控制器，PI控制器控制飛行器與零點(diǎn)位置飛行參數(shù)相同。
[0016]一種飛行控制器輔助飛行控制方法，包括以下步驟，
[0017]SI，系統(tǒng)初始化:保持機(jī)身水平，系統(tǒng)記錄起始零點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，狀態(tài)參數(shù)包括中斷計(jì)時(shí)頻率、方向角(Yaw) ω、俯仰角(Pitch) Θ、側(cè)滾角(Roll) Φ的零點(diǎn)位置；
[0018]S2，接收遙控器發(fā)出的控制訊號(hào)，所述控制訊號(hào)包括油門(mén)(Throttle)、方向角(Yaw)、俯仰角(Pitch)、側(cè)滾角(Roll)；
[0019]S3，采集陀螺儀與加速度計(jì)所探測(cè)的即時(shí)信號(hào)；
[0020]S4，所述步驟S2、S3的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入PI控制器運(yùn)算，當(dāng)陀螺儀與加速度計(jì)所探測(cè)的即時(shí)信號(hào)與零點(diǎn)位置的狀態(tài)參數(shù)存在誤差時(shí)，PI控制器將陀螺儀與加速度計(jì)修正至零點(diǎn)位置，與飛行器保持穩(wěn)定；
[0021]S5，遙控器送出的控制量與PI控制器產(chǎn)生的控制量運(yùn)算后輸出四個(gè)頻道的PWM信號(hào)到四組馬達(dá)，經(jīng)由PWM信號(hào)的責(zé)任周期(Duty Cycle)變化控制直流馬達(dá)轉(zhuǎn)速，使飛行器的浮力達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0022]通過(guò)飛行器上的加速度計(jì)采集的即時(shí)信號(hào)的X、Y的分量變化來(lái)測(cè)量飛行器的水平姿態(tài)，其中X軸的分量來(lái)探測(cè)飛行器的俯仰角(Pitch)變化，Y軸則是探測(cè)側(cè)滾角(Roll)的變化。
[0023]方向角(Yaw) ω是由陀螺儀探測(cè)，由四組旋翼彼此的轉(zhuǎn)速比例控制方向角ω的實(shí)際角度。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下有益效果:
[0025]本發(fā)明使飛行器得以應(yīng)用于勘察、檢測(cè)與監(jiān)控等場(chǎng)合。在飛行器上裝設(shè)輔助飛行控制器，負(fù)責(zé)將量測(cè)到陀螺儀與加速度計(jì)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PI控制器輸出脈沖寬度調(diào)變(PWM)信號(hào)至四組馬達(dá)，使飛行器能保持姿態(tài)穩(wěn)定與固定的航向。
[0026]經(jīng)由輔助飛行控制器將飛行器飛行保持與零點(diǎn)位置參數(shù)相同，飛行器的操作人員不須再花費(fèi)多余的精神在保持飛行器的穩(wěn)定上，僅需要將飛行器遙控至目標(biāo)物附近，再利用無(wú)線傳輸?shù)腃CD鏡頭將影像回傳至地面控制站，使工作人員得以觀察目標(biāo)的實(shí)際情形。
[0027]對(duì)于觀測(cè)、勘察人員不容易到達(dá)的目標(biāo)有非常大的幫助，有助于提升工作的效率，獲得更清晰的影像資料。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種飛行控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為四漿飛行器示意圖；
[0030]圖3為螺旋槳馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0031]圖4為HT46R24核心電路圖；
[0032]圖5為陀螺儀電路；
[0033]圖6為T(mén)RW-24G無(wú)線模塊應(yīng)用電路圖；
[0034]圖7為加速度計(jì)應(yīng)用電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]以下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)例，并不是全部的實(shí)例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0037]四漿飛行器具有四組直流馬達(dá)作為上升的動(dòng)力，其中兩組旋翼(螺旋槳)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，另外兩組則為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。目的是利用旋翼旋轉(zhuǎn)方向不同產(chǎn)生的反作用力相互相反抵消。飛行時(shí)航向與移動(dòng)是利用各旋翼間轉(zhuǎn)速的差距造成浮力變化來(lái)達(dá)成。
[0038]如圖1所示，一種飛行控制器，包括單片機(jī)、螺旋槳馬達(dá)、輔助飛行控制器、電源模塊、無(wú)線接收模塊、圖像傳感器、無(wú)線發(fā)送模塊和PWM信號(hào)四通道輸出模塊；本實(shí)施例中單片機(jī)為HT46R24微控制器，采用28Pin DIP封裝，符合飛行控制器體積小、重量輕的要求，并采用5v供電，8MHz晶體振蕩器，使每個(gè)指令周期達(dá)到0.5微妙的運(yùn)算速度，以達(dá)到飛行控制系統(tǒng)高頻率響應(yīng)的要求。其中陀螺儀與加速度計(jì)測(cè)量到的信號(hào)分別進(jìn)入HT46R24的PBO?PB3的10bitA/D轉(zhuǎn)換腳位(圖4電路圖)。圖3為螺旋槳馬達(dá)直流電路，其中Motor Front、Motor Rear、Motor Left、Motor Right 連接至 HT46R24 的 PAO ?PA3 輸出模式(OutputModor)輸出PWM信號(hào)，共有四組螺旋槳馬達(dá)控制電路。陀螺儀型號(hào)為ADRX300，負(fù)責(zé)探測(cè)Z軸方向角的單軸角速率陀螺儀，最大探測(cè)范圍為±300° /s，陀螺儀電路如圖5所示。
[0039]本實(shí)施例中無(wú)線接收模塊、無(wú)線發(fā)送模塊均為T(mén)RW-24G無(wú)線模塊，電路圖如圖6所不O
[0040]輔助飛行控制器包括PI控制器、陀螺儀、加速度計(jì)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0041]電源模塊、PI控制器、單片機(jī)、PWM信號(hào)四通道輸出模塊依次順序連接；陀螺儀、加速度計(jì)均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與PI控制器連接，無(wú)線接收模塊、圖像傳感器、無(wú)線發(fā)送模塊均與單片機(jī)相連接；
[0042]電源模塊連