本實用新型涉及一種無人機(jī)及其飛行控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近些年，隨著無人機(jī)應(yīng)用的普及，對無人機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力及避障的要求越來越高，而無人機(jī)能實現(xiàn)準(zhǔn)確避障的前提是能夠穩(wěn)定定高?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般采用以下三種方式實現(xiàn)穩(wěn)定定高：(1)通過氣壓計獲得無人機(jī)的高度信息，無人機(jī)根據(jù)該高度信息實現(xiàn)穩(wěn)定定高，由于氣壓還與溫度及濕度有關(guān)，因此該高度信息精確度很低，該方法常使得無人機(jī)飛行不穩(wěn)定；(2)通過GPS(全球定位系統(tǒng))提供無人機(jī)垂直地面方向的高度信息和速度信息，該高度信息同樣誤差較大，且該方法不能檢測無人機(jī)距離運動中的障礙物的高度信息，使得無人機(jī)不能避開運動中的障礙物；(3)通過Z軸加速度計獲得高度信息計算復(fù)雜，且有積分誤差。可見現(xiàn)有技術(shù)的方法不能有效地實現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高，也就不能實現(xiàn)無人機(jī)的準(zhǔn)確避障。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的無人機(jī)的不能穩(wěn)定定高，從而不能準(zhǔn)確避障的缺陷，提供一種無人機(jī)及其飛行控制系統(tǒng)。

本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，其特點在于，所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行控制單元、傳輸單元和至少一紅外測距傳感器，所述飛行控制單元與所述傳輸單元通信連接；

所述紅外測距傳感器包括紅外發(fā)射單元、紅外接收單元和處理器，所述紅外發(fā)射單元和所述紅外接收單元均與所述處理器電連接，所述處理器還與所述傳輸單元通信連接；

所述處理器用于發(fā)送控制指令至所述紅外發(fā)射單元，所述紅外發(fā)射單元用于在接收到所述控制指令時向外發(fā)射第一紅外信號，所述紅外接收單元用于在接收到經(jīng)障礙物反射回的第二紅外信號時發(fā)送時間信息至所述處理器，所述處理器用于生成所述無人機(jī)距離所述障礙物的距離信息并通過所述傳輸單元將所述距離信息發(fā)送至所述飛行控制單元，所述飛行控制單元用于生成控制所述無人機(jī)飛行的飛行指令。

較佳地，所述飛行控制系統(tǒng)還包括電源和穩(wěn)壓器，所述穩(wěn)壓器的輸入端與所述電源的供電端電連接，輸出端分別與所述飛行控制單元和所述處理器電連接。

較佳地，所述紅外發(fā)射單元包括依次電連接的紅外發(fā)光二級管、光源驅(qū)動器和振蕩器，所述振蕩器還與所述處理器電連接；

所述控制指令為直流電信號，所述處理器用于將所述直流電信號發(fā)送至所述振蕩器，所述振蕩器用于輸出交流電信號至所述光源驅(qū)動器，所述光源驅(qū)動器用于驅(qū)動所述紅外發(fā)光二級管向外發(fā)射第一紅外信號。

較佳地，所述紅外接收單元包括依次電連接的光電二極管、放大器、帶通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述處理器電連接；

所述光電二極管用于將接收到的所述第二紅外信號發(fā)送至所述放大器，所述放大器用于對所述第二紅外信號進(jìn)行放大并發(fā)送至帶通濾波器，所述帶通濾波器用于對接收到的信號進(jìn)行濾波并發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將接收到的信號轉(zhuǎn)換成所述時間信息并將所述時間信息發(fā)送至所述處理器。

較佳地，所述飛行控制系統(tǒng)還包括氣壓計，與所述飛行控制單元電連接；

和/或，所述飛行控制系統(tǒng)還包括GPS，與所述飛行控制單元電連接；

和/或，所述飛行控制系統(tǒng)還包括Z軸加速度計，與所述飛行控制單元電連接。

較佳地，所述飛行控制單元通過UART(通用異步收發(fā)傳輸器)接口或PWM(脈沖寬度調(diào)制)接口與所述傳輸單元通信連接。

較佳地，所述紅外測距傳感器的數(shù)量為5個，一個紅外測距傳感器設(shè)置于所述無人機(jī)的底部，四個紅外測距傳感器等間距設(shè)置于所述無人機(jī)的側(cè)面。

較佳地，所述光源驅(qū)動器為LED(發(fā)光二極管)光源驅(qū)動器或紅外激光驅(qū)動器。

本實用新型還提供一種無人機(jī)，其特點在于，所述無人機(jī)包括如上所述的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)。

本實用新型的積極進(jìn)步效果在于：本實用新型中紅外測距傳感器能準(zhǔn)確測得無人機(jī)距離靜止或運動的障礙物的距離信息，飛行控制單元則可根據(jù)該距離信息生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，實現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

附圖說明

圖1為本實用新型一較佳實施例的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中紅外發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中紅外接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進(jìn)一步說明本實用新型，但并不因此將本實用新型限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1-3所示，本實施例的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)包括飛行控制單元1、傳輸單元2和至少一紅外測距傳感器3，飛行控制單元1與傳輸單元2通信連接，具體的，飛行控制單元可通過UART接口或PWM接口與傳輸單元通信連接。紅外測距傳感器3包括紅外發(fā)射單元31、紅外接收單元32和處理器33，紅外發(fā)射單元31和紅外接收單元32均與處理器33電連接，處理器33還與傳輸單元2通信連接。處理器用于發(fā)送控制指令至紅外發(fā)射單元，紅外發(fā)射單元用于在接收到控制指令時向外發(fā)射第一紅外信號，紅外接收單元用于在接收到經(jīng)障礙物反射回的第二紅外信號時發(fā)送時間信息至處理器，也即紅外發(fā)射單元發(fā)射第一紅外信號與紅外接收單元接收到第二紅外信號會有一個時間差，紅外發(fā)射單元根據(jù)該時間差計算出時間信息。其中，時間信息根據(jù)第一紅外信號(也即發(fā)射的紅外光)和第二紅外信號(接收到的紅外光)的相位差得到，具體公式如下：

D＝c/2f(N+ΔN)＝λ/2(N+ΔN)＝u(N+ΔN)

u＝λ/2(稱為電子尺)

其中，N是整周未知數(shù)

處理器則根據(jù)該時間信息生成無人機(jī)距離障礙物的距離信息并通過傳輸單元將距離信息發(fā)送至飛行控制單元，飛行控制單元則可根據(jù)該距離信息生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，實現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

需要說明的是，紅外測距傳感器的數(shù)量可根據(jù)實際需求自行設(shè)置，本實施例中設(shè)為5個，其中一個紅外測距傳感器設(shè)置于無人機(jī)的底部，另外四個紅外測距傳感器等間距設(shè)置于無人機(jī)的側(cè)面，以實現(xiàn)無人機(jī)對飛行環(huán)境的全面檢測，提高避障的準(zhǔn)確性。

本實施中，飛行控制系統(tǒng)還包括電源4和穩(wěn)壓器5，穩(wěn)壓器5的輸入端與電源4的供電端電連接，輸出端分別與飛行控制單元1和處理器33電連接，穩(wěn)壓器為飛行控制單元和處理器提供穩(wěn)定的電壓，以滿足其工作需求。

如圖2所示，本實施例的紅外發(fā)射單元包括依次電連接的紅外發(fā)光二級管311、光源驅(qū)動器312和振蕩器313。如圖3所示，本實施例的紅外接收單元包括依次電連接的光電二極管321、放大器322、帶通濾波器323和模數(shù)轉(zhuǎn)換器324。振蕩器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與處理器電連接。本實施例中，控制指令為直流電信號，處理器將直流電信號(由穩(wěn)壓器提供)發(fā)送至振蕩器，振蕩器輸出交流電信號至光源驅(qū)動器，光源驅(qū)動器則可驅(qū)動紅外發(fā)光二級管向外發(fā)射第一紅外信號。光電二極管將接收到的第二紅外信號(也即第一紅外信號經(jīng)過障礙物反射至光電二極管的紅外信息)發(fā)送至放大器，放大器對第二紅外信號進(jìn)行放大并發(fā)送至帶通濾波器，帶通濾波器用于對接收到的信號進(jìn)行濾波并發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的信號轉(zhuǎn)換成時間信息并將時間信息發(fā)送至處理器。其中，光源驅(qū)動器可以為LED光源驅(qū)動器或紅外激光驅(qū)動器。通過紅外激光驅(qū)動器驅(qū)動紅外發(fā)光二級管向外發(fā)射的第一紅外信號屬于低功率激光(波長在850nm左右)，不僅對人眼和人體沒有傷害，且測距距離更長(可達(dá)14m-15m)、精度更高(5m內(nèi)精度2％，5-10m精度3％，10m-15m精度4％)、噪聲更小、更加穩(wěn)定、抗干擾性更強(qiáng)。

本實施例中，飛行控制系統(tǒng)還可包括氣壓計6、GPS7、Z軸加速度計8，均與飛行控制單元1電連接。則飛行控制單元可將紅外測距傳感器、氣壓計、GPS、Z軸加速度計獲得的數(shù)據(jù)中的兩種或多種進(jìn)行融合以生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，以進(jìn)一步提高無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

本實施例還包括一種無人機(jī)，無人機(jī)包括本實施例中的飛行控制系統(tǒng)。

雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本實用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護(hù)范圍。