一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、三軸陀螺儀、電源節(jié)能模塊、充電管理模塊、電池、充電口和地磁方位傳感器；所述集成定位通訊模塊、三軸陀螺儀、電源節(jié)能模塊、地磁方位傳感器的數(shù)據(jù)輸出端均與中央控制器的輸入端連接，所述中央控制器的輸出端經(jīng)飛行控制模塊與螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端連接。本發(fā)明同時(shí)采取GSM/GPS雙重定位的方式，可以廣泛利用互聯(lián)網(wǎng)或其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行信息、信號(hào)的傳送，為定位和飛行控制帶來(lái)了方便；其有效分配能源，符合現(xiàn)代低碳環(huán)保的理念，成本低、高效又節(jié)能。
【專利說(shuō)明】一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]早在上世紀(jì)中期，微小型多旋翼飛行器已經(jīng)受到海外一些研究機(jī)構(gòu)的親睞，但多旋翼飛行器一般尺寸較小，負(fù)載能力較差，無(wú)法搭載傳統(tǒng)的高精度傳感器。直到本世紀(jì)初，MEMS傳感器技術(shù)的發(fā)展使微小型多旋翼飛行器的研究得到突破。
[0003]四旋翼飛行器四個(gè)螺旋槳分為兩組，且旋轉(zhuǎn)方向相反，必須通過(guò)改變各個(gè)螺旋槳的速度完成各種飛行動(dòng)作。傳統(tǒng)的四旋翼飛行器安裝各種科學(xué)儀器后，可應(yīng)用于科研和其它領(lǐng)域，比如農(nóng)田信息的采集、林業(yè)資源勘探、災(zāi)害救助等，此種環(huán)境下四旋翼飛行器的距離將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出有限的遙控距離，無(wú)法完成有效控制。且對(duì)于飛行器的平衡問(wèn)題，如專利號(hào)為ZL201220557994.3采用的三個(gè)陀螺儀，同時(shí)對(duì)于速度控制增加了三軸加速度，這樣無(wú)疑增加了飛行器本身的重量，不利于遠(yuǎn)距離飛行；專利號(hào)ZL201320303844.4采用的藍(lán)牙模塊控制四旋翼飛行器的飛行，此種方式需要藍(lán)牙對(duì)接，且通信距離有限；專利號(hào)ZL201320029529.7采用的GSM通信方式連接到手機(jī)，通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行器的遠(yuǎn)程控制，但此種方式實(shí)時(shí)效果差，且均未考慮到節(jié)能的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)及其控制方法，該基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)及其控制方法通過(guò)集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、三軸陀螺儀、電源節(jié)能模塊等解決了飛行器本身的重量大、通信距離有限和實(shí)時(shí)效果差的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明提供的一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括集成定位通訊模塊、中央控制器、飛行控制模塊、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)、三軸陀螺儀、電源節(jié)能模塊、充電管理模塊、電池、充電口和地磁方位傳感器；所述集成定位通訊模塊、三軸陀螺儀、電源節(jié)能模塊、地磁方位傳感器的數(shù)據(jù)輸出端均與中央控制器的輸入端連接，所述中央控制器的輸出端經(jīng)飛行控制模塊與螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊和電源節(jié)能模塊的輸入端均與充電管理模塊的輸出端連接，所述充電管理模塊、電池、充電口依次順序連接。
[0007]所述集成定位通訊模塊為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊采用GPS/GSM相結(jié)合的雙定位方式、GPRS/GSM相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信方式。
[0008]所述中央控制器的主控芯片為RL78系列的R5F100LE。
[0009]所述三軸陀螺儀的主芯片是MPU-6050。
[0010]一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0011]a、系統(tǒng)初始化操作；
[0012]b、通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連通手機(jī)與飛行器之間的通信，并將AT指令與相應(yīng)的命令指令對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)到四旋翼飛行器的中央控制器的軟件代碼中；
[0013]C、集成定位通訊模塊定位功能的實(shí)現(xiàn):
[0014]在室內(nèi)或大型障礙物下，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)集成定位通訊模塊的GSM/GPRS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送；
[0015]在室外空曠地，GPS定位效果較好時(shí)，則系統(tǒng)通過(guò)啟用集成定位通訊模塊的GPS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送；
[0016]d、定位數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制器進(jìn)行分析處理，將采集的當(dāng)前定位信息利用集成定位通訊模塊的GSM/GPRS發(fā)送到預(yù)設(shè)定的告警號(hào)碼、互聯(lián)網(wǎng)，告知用戶飛行器的當(dāng)前位置信息；
[0017]e、遠(yuǎn)程控制者使用手機(jī)經(jīng)由GPSR通信窗口，發(fā)送相應(yīng)AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊，GPRS收到相應(yīng)指令后，將命令指令送到中央控制器中；
[0018]f、中央控制器分析處理后得到控制者的控制命令，并根據(jù)步驟c中集成定位通訊模塊所得到的定位數(shù)據(jù)和地磁方位傳感器的數(shù)據(jù)，生成出對(duì)四旋翼飛行器的飛行控制模塊的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動(dòng)作。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:同時(shí)采取GSM/GPS雙重定位的方式，有效做到室內(nèi)和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，且只需通過(guò)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)通信的功能與手機(jī)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)對(duì)四旋翼飛行器的多功能控制，也可以廣泛利用互聯(lián)網(wǎng)或其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行信息、信號(hào)的傳送，為定位和飛行控制帶來(lái)了更多方便；通過(guò)設(shè)置的電源節(jié)能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，并保證所有裝置運(yùn)作的節(jié)能，符合現(xiàn)代低碳環(huán)保的理念，成本低，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)效果、降低能耗。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的控制框圖；
[0021]圖中:1_集成定位通訊模塊，2-中央控制器，3-飛行控制模塊，4-螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5-三軸陀螺儀，6-電源節(jié)能模塊，7-充電管理模塊，8-電池，9-充電口，10-地磁方位傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0023]如圖1所示的一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括集成定位通訊模塊1、中央控制器2、飛行控制模塊3、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、三軸陀螺儀5、電源節(jié)能模塊6、充電管理模塊7、電池8、充電口 9和地磁方位傳感器10 ;所述集成定位通訊模塊
1、三軸陀螺儀5、電源節(jié)能模塊6、地磁方位傳感器10的數(shù)據(jù)輸出端均與中央控制器2的輸入端連接，所述中央控制器2的輸出端經(jīng)飛行控制模塊3與螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊I和電源節(jié)能模塊6的輸入端均與充電管理模塊7的輸出端連接，所述充電管理模塊7、電池8、充電口 9依次順序連接。
[0024]通過(guò)GPS/GSM相結(jié)合的雙定位方式，有效做到室內(nèi)和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，同時(shí)采用GPRS/GSM的通信方式，相比于傳統(tǒng)的四旋翼器控制系統(tǒng)，能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)四旋翼飛行器的實(shí)時(shí)控制；通過(guò)設(shè)置的電源節(jié)能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，并保證所有裝置運(yùn)作的節(jié)能，符合現(xiàn)代低碳環(huán)保的理念。
[0025]所述集成定位通訊模塊I為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊采用GPS/GSM相結(jié)合的雙定位方式、GPRS/GSM相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信方式。相比于傳統(tǒng)的定位方式，避免了單一主機(jī)接受定位信息的局限性，可以廣泛利用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行信息、信號(hào)的傳送，為定位和飛行控制帶來(lái)了更多方便。
[0026]所述中央控制器2的主控芯片為RL78系列的R5F100LE。
[0027]所述三軸陀螺儀5的主芯片是MPU-6050?？梢杂脕?lái)完成角度測(cè)量和角加速度檢測(cè)，創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)將三個(gè)正交軸的陀螺儀傳感器與三正交軸加速度傳感器六自由度集成一起，保證了飛行器的平衡飛行。
[0028]所述基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0029]a、系統(tǒng)初始化操作；
[0030]b、通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連通手機(jī)與飛行器之間的通信，并將AT指令與相應(yīng)的命令指令對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)到四旋翼飛行器的中央控制器2的軟件代碼中；
[0031]C、集成定位通訊模塊I定位功能的實(shí)現(xiàn):
[0032]在室內(nèi)或大型障礙物下，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)集成定位通訊模塊I的GSM/GPRS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送；
[0033]在室外空曠地，GPS定位效果較好時(shí)，則系統(tǒng)通過(guò)啟用集成定位通訊模塊I的GPS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送；
[0034]d、定位數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制器2進(jìn)行分析處理，將采集的當(dāng)前定位信息利用集成定位通訊模塊I的GSM/GPRS發(fā)送到預(yù)設(shè)定的告警號(hào)碼、互聯(lián)網(wǎng)，告知用戶飛行器的當(dāng)前位置信息；
[0035]e、遠(yuǎn)程控制者使用手機(jī)經(jīng)由GPSR通信窗口，發(fā)送相應(yīng)AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊1，GPRS收到相應(yīng)指令后，將命令指令送到中央控制器2中；
[0036]f、中央控制器2分析處理后得到控制者的控制命令，并根據(jù)步驟c中集成定位通訊模塊I所得到的定位數(shù)據(jù)和地磁方位傳感器10的數(shù)據(jù)，生成出對(duì)四旋翼飛行器的飛行控制模塊3的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動(dòng)作。
[0037]本發(fā)明有益效果是體積小、高效節(jié)能、構(gòu)思巧妙，同時(shí)采取GSM/GPS雙重定位的方式，有效做到室內(nèi)和室外以及高大建筑物旁定位信息的接收，且只需通過(guò)GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)通信的功能與手機(jī)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)對(duì)四旋翼飛行器的多功能控制，通過(guò)設(shè)置的電源節(jié)能裝置和充電管理裝置，可以有效分配能源，并保證所有裝置運(yùn)作的節(jié)能，符合現(xiàn)代低碳環(huán)保的理念，成本低，從而拓展了四旋翼飛行器的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，包括集成定位通訊模塊(I)、中央控制器(2)、飛行控制模塊(3)、螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)、三軸陀螺儀(5)、電源節(jié)能模塊(6)、充電管理模塊(7)、電池(8)、充電口(9)和地磁方位傳感器(10)，其特征在于:所述集成定位通訊模塊(I)、三軸陀螺儀(5)、電源節(jié)能模塊(6)、地磁方位傳感器(10)的數(shù)據(jù)輸出端均與中央控制器(2)的輸入端連接，所述中央控制器(2)的輸出端經(jīng)飛行控制模塊(3)與螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)(4)的輸入端連接；所述集成定位通訊模塊(I)和電源節(jié)能模塊(6)的輸入端均與充電管理模塊(7)的輸出端連接，所述充電管理模塊(7)、電池(8)、充電口(9)依次順序連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述集成定位通訊模塊(I)為GSM/GPRS/GPS模塊，所述GSM/GPRS/GPS模塊采用GPS/GSM相結(jié)合的雙定位方式、GPRS/GSM相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)通信方式。
3.如權(quán)利要求1所述的基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制器(2)的主控芯片為RL78系列的R5F100LE。
4.如權(quán)利要求1所述的基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于:所述三軸陀螺儀(5)的主芯片是MPU-6050。
5.一種權(quán)利要求1?4任一所述的基于集成定位通訊模塊的微型四旋翼飛行器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: a、系統(tǒng)初始化操作； b、通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連通手機(jī)與飛行器之間的通信，并將AT指令與相應(yīng)的命令指令對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)到四旋翼飛行器的中央控制器(2)的軟件代碼中； C、集成定位通訊模塊模塊(I)定位功能的實(shí)現(xiàn): 在室內(nèi)或大型障礙物下，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)集成定位通訊模塊模塊(I)的GSM/GPRS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送； 在室外空曠地，GPS定位效果較好時(shí)，則系統(tǒng)通過(guò)啟用集成定位通訊模塊模塊(I)的GPS部分進(jìn)行定位數(shù)據(jù)接收和傳送； d、定位數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制器(2)進(jìn)行分析處理，將采集的當(dāng)前定位信息利用集成定位通訊模塊模塊(I)的GSM/GPRS發(fā)送到預(yù)設(shè)定的告警號(hào)碼、互聯(lián)網(wǎng)，告知用戶飛行器的當(dāng)前位置信息； e、遠(yuǎn)程控制者使用手機(jī)經(jīng)由GPSR通信窗口，發(fā)送相應(yīng)AT指令到四旋翼飛行器的集成定位通訊模塊模塊(I)，GPRS收到相應(yīng)指令后，將命令指令送到中央控制器⑵中； f、中央控制器⑵分析處理后得到控制者的控制命令，并根據(jù)步驟c中集成定位通訊模塊模塊(I)所得到的定位數(shù)據(jù)和地磁方位傳感器(10)的數(shù)據(jù)，生成出對(duì)四旋翼飛行器的飛行控制模塊(3)的控制命令，近而控制四旋翼飛行器的飛行動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】H04L29/06GK104133483SQ201410322621
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】熊中剛, 賀娟, 陳連貴, 葉振環(huán), 令狐金卿, 敖邦乾, 羅素蓮, 曲祥君, 劉健, 包勇, 李偉, 歐光照, 劉建, 吳廷強(qiáng), 安玉, 熊飛嶠 申請(qǐng)人:遵義師范學(xué)院