基于stm32f4的環(huán)境探測四軸飛行器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及基于STM32F4的環(huán)境探測四軸飛行器，用于環(huán)境偵察，它公開了在機(jī)架的上板四條力臂末端設(shè)置有無刷電機(jī)，無刷電機(jī)分成兩組，一組為逆時針方向轉(zhuǎn)動，另一組為順時針方向轉(zhuǎn)動，逆時針轉(zhuǎn)動的螺旋槳為正槳，順時針轉(zhuǎn)動的螺旋槳都為反槳；在下板的底部設(shè)置有云臺支架管，云臺支架管的前端設(shè)置有云臺架，云臺架上安裝有運(yùn)動相機(jī)和中舵機(jī)；腳架末端都安裝有避震棉套。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是解決了傳統(tǒng)環(huán)境偵查設(shè)備受地理環(huán)境影響大，應(yīng)用面窄的問題；可應(yīng)用于氣象監(jiān)測，軍事偵察，消防災(zāi)情，城市規(guī)劃等領(lǐng)域；采用單核心控制器方案，具有功能集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，硬件成本低的優(yōu)點(diǎn)，具有可觀的推廣價(jià)值。
【專利說明】
基于STM32F4的環(huán)境探測四軸飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及監(jiān)控設(shè)備及控制系統(tǒng)和環(huán)保監(jiān)測儀器領(lǐng)域，具體涉及一種基于STM32F4的環(huán)境偵查四軸飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境偵查在低空偵察，災(zāi)情監(jiān)視，安防，野外探險(xiǎn)，城市規(guī)劃，橋梁檢測，氣象觀測等工作領(lǐng)域中起著重要意義。在現(xiàn)有技術(shù)中，陸地環(huán)境的偵察多由地面機(jī)器人來參與采集環(huán)境信息，包括實(shí)時傳輸所拍攝的視頻，檢測環(huán)境空氣中的有害氣體，以及反饋地理信息等。而該類地面?zhèn)刹闄C(jī)器容易受地形影響，以致工作效率不高，靈活度差，移動速度小，拍攝的視野小;在以適應(yīng)盡可能多的地理環(huán)境的前提下，制造的環(huán)境偵查機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，應(yīng)用面窄，成本高等問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于STM32F4的環(huán)境探測四軸飛行器，它針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為了能夠克服地形對環(huán)境偵查影響和該類設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域局限問題的環(huán)境偵查四軸飛行器提供具體解決方案。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是在主控制器、運(yùn)動反饋裝置，運(yùn)動輸出裝置，環(huán)境偵查裝置，數(shù)據(jù)通信裝置，機(jī)架，無刷電機(jī)，螺旋槳，中舵機(jī)，云臺架，云臺支架管的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是在機(jī)架的上板四條呈90度相鄰的力臂末端分別設(shè)置有無刷電機(jī)，無刷電機(jī)以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機(jī)為逆時針方向轉(zhuǎn)動，另一組無刷電機(jī)為順時針方向轉(zhuǎn)動，設(shè)置在無刷電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的螺旋槳的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)上安裝的螺旋槳都為正槳，順時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)上安裝的螺旋槳都為反槳;在機(jī)架的上板中間處預(yù)留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板的下方設(shè)置有下板，在下板頂面預(yù)留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板的底部設(shè)置有云臺支架管，云臺支架管的前端設(shè)置有云臺架，云臺架上安裝有運(yùn)動相機(jī)和中舵機(jī)，中舵機(jī)可控制運(yùn)動相機(jī)在云臺架上作俯仰角及橫滾角方向轉(zhuǎn)動;機(jī)架的腳架呈弓形，在腳架末端都安裝有避震棉套。
[0005]控制系統(tǒng)的技術(shù)方案是:基于STM32F4的環(huán)境偵查四軸飛行器，其包括主控制器、運(yùn)動反饋裝置、運(yùn)動輸出裝置、環(huán)境偵查裝置和數(shù)據(jù)通信裝置。
[0006]所述主控制器為芯片STM32F407VET6，以機(jī)架F450V2為載體，控制核心通過控制所搭載的飛行器運(yùn)動反饋裝置、飛行器運(yùn)動輸出裝置、環(huán)境探測裝置、數(shù)據(jù)通信裝置實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)1?? 會 K。
[0007]所述飛行器運(yùn)動反饋裝置由型號為NE0-6M的GPS模塊、PX4FL0W光流傳感器、六軸傳感器MPU6050、三軸電子羅盤HMC5883L、氣壓傳感器MS5611所組成。
[0008]所述飛行器運(yùn)動輸出裝置組成為:好盈天行者20A電調(diào)，新西達(dá)2212無刷電機(jī)，1045螺旋槳，由輝盛9克舵機(jī)和fubata S3003驅(qū)動的T8雙軸阻尼云臺。
[0009]所述環(huán)境偵查裝置組成為:PM2.5傳感器GP2Y1010AU0F，溫濕度傳感器Si7021，小蟻運(yùn)動相機(jī)，CO氣體傳感器MQ307A，氣壓傳感器MS5611，NE0-6M的GPS模塊。
[0010]數(shù)據(jù)通信裝置組成為:2.4G接收機(jī)R9D、433MHz無線通信模塊E31-TTL-50、5.8G圖傳發(fā)射模塊TS351。
[0011]本實(shí)用新型的工作原理是基于無刷電機(jī)的分組設(shè)置，螺旋槳的水平角和正反設(shè)置，以及云臺支架管、云臺架、運(yùn)動相機(jī)和中舵機(jī)的具體位置安裝，中舵機(jī)，使用樂迪遙控器AT9給四軸飛行器發(fā)送運(yùn)動指令，包括懸停，上升，下降，機(jī)身轉(zhuǎn)動，機(jī)身向前后左右方向的運(yùn)動指令。2.4G遙控器接收機(jī)接收到控制指令后，傳輸給主控制器5。主控制器5獲取運(yùn)動反饋裝置I中的六軸傳感器的三軸加速度和三軸角速度數(shù)據(jù)，以及三軸電子羅盤的三軸磁場數(shù)據(jù);主控制器對這三類數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲得四軸飛行器的姿態(tài)角，進(jìn)而與運(yùn)動命令混合運(yùn)算后得出各電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，通過電子調(diào)速器輸出至無刷電機(jī)6、7、8、9，從而控制飛行器的姿態(tài)角。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)懸停的指令時，且四軸飛行器離地面高度低于3m時，主控制器5需要獲取光流傳感器中的兩個互相垂直的水平方向的位移量，另外也需該傳感器附帶的超聲波模塊測得的高度數(shù)據(jù)；當(dāng)四軸飛行器離地面高度高于3m時，主控制器5獲取GPS模塊的經(jīng)瑋度數(shù)據(jù)，和氣壓傳感器的數(shù)據(jù)，通過氣壓值換算得飛行器的高度;主控制器5通過水平方向位置和垂直方向的位置來確定四軸飛行器的空間位置，通過運(yùn)動輸出裝置2不斷調(diào)整機(jī)身位置位于指定三維空間點(diǎn)可接受距離范圍內(nèi)。另外，四軸飛行器做俯仰和橫滾運(yùn)動時，主控制器結(jié)合四軸飛行器自身的姿態(tài)角，控制云臺16進(jìn)行俯仰角和橫滾角的補(bǔ)償，使相機(jī)19拍攝的方向始終平行于水平面。
[0012]主控制器控制四軸飛行器運(yùn)動的同時，主控制器5獲取環(huán)境偵查裝置3中的PM2.5傳感器，溫濕度傳感器，CO氣體傳感器，氣壓傳感器，GPS模塊的數(shù)據(jù)，并對這些環(huán)境變量數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，通過433MHz無線通信模塊向空中發(fā)射;地面站通過433MHz無線通信模塊接收該數(shù)據(jù)包，并對數(shù)據(jù)包解析，對各類數(shù)據(jù)分類存儲以及顯示，以實(shí)現(xiàn)對所偵查環(huán)境作出評估。另外，環(huán)境偵查裝置3中的相機(jī)對實(shí)時拍攝的畫面，以AV信號的形式輸出至5.SG圖傳發(fā)射模塊;5.SG圖傳發(fā)射模塊在指定無線電頻道發(fā)射視頻信號，地面站通過5.SG圖傳接收模塊接收這個AV制式的視頻信號，并以AV信號有線輸出至顯示屏，操作者可實(shí)時查看所偵查環(huán)境的真實(shí)情況。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是解決了傳統(tǒng)環(huán)境偵查設(shè)備受地理環(huán)境影響大，應(yīng)用面窄的問題;可應(yīng)用于氣象監(jiān)測，軍事偵察，消防災(zāi)情，城市規(guī)劃等領(lǐng)域;采用單核心控制器方案，具有功能集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，硬件成本低的優(yōu)點(diǎn)，具有可觀的推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖2是本實(shí)用新型主控板各模塊連接關(guān)系方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]根據(jù)圖1所示本實(shí)用新型在主控制器5、運(yùn)動反饋裝置I，運(yùn)動輸出裝置2，環(huán)境偵查裝置3，數(shù)據(jù)通信裝置4，機(jī)架22，無刷電機(jī)6、7、8、9，螺旋槳1、11、12、13，中舵機(jī)17，云臺架16，云臺支架管21的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是在機(jī)架22的上板14四條呈90度相鄰的力臂20末端分別設(shè)置有無刷電機(jī)6、7、8、9，無刷電機(jī)6、7、8、9以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機(jī)6、8為逆時針方向轉(zhuǎn)動，另一組無刷電機(jī)7、9為順時針方向轉(zhuǎn)動，設(shè)置在無刷電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的螺旋槳1、11、12、13的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)6、8上安裝的螺旋槳10、12都為正槳，順時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)7、9上安裝的螺旋槳11、13都為反槳；在機(jī)架22的上板14中間處預(yù)留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板14的下方設(shè)置有下板15，在下板15頂面預(yù)留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板15的底部設(shè)置有云臺支架管21，云臺支架管21的前端設(shè)置有云臺架16，云臺架16上安裝有運(yùn)動相機(jī)19和中舵機(jī)17，中舵機(jī)17可控制運(yùn)動相機(jī)19在云臺架16上作俯仰角及橫滾角方向轉(zhuǎn)動;機(jī)架22的腳架18呈弓形，在腳架18末端都安裝有避震棉套23。
[0017]所述的機(jī)架22是商用成品型號為F450V2，力臂20為尼龍與纖維混合物；力臂末端均裝有新西達(dá)2 212無刷電機(jī)6、7、8、9;螺旋槳1、11、12、13的型號為1045，直徑1英寸。機(jī)架的上板14有多個用于固定主控板的孔，四軸飛行器的主控板放置于機(jī)架上板14上，機(jī)架的下板15放置鋰離子電池。云臺支架管21上套著云臺架16，云臺架16型號為T8雙軸阻尼云臺，其中舵機(jī)17可控制運(yùn)動相機(jī)19在俯仰角及橫滾角方向轉(zhuǎn)動，其中運(yùn)動相機(jī)19所拍攝方向?yàn)樗妮S飛行器的正前方向。
[0018]根據(jù)圖2所示，四軸飛行器的控制系統(tǒng)是由主控制器5、運(yùn)動反饋裝置1、運(yùn)動輸出裝置2、環(huán)境偵查裝置3和數(shù)據(jù)通信裝置4組成。
[0019]主控制器5的芯片STM32F407VET6通過設(shè)計(jì)好的程序控制各裝置的工作。
[0020]運(yùn)動反饋裝置I中的GPS模塊型號為NE0-6M，可輸出四軸飛行器的經(jīng)瑋度，運(yùn)動速度，高度等數(shù)據(jù);光流傳感器型號為PX4FL0W，可輸出四軸飛行器相對水平面兩個互相垂直方向的位移量，該模塊附帶超聲波模塊MB1043，可測量飛行器相對地面的高度;六軸傳感器型號為MPU6050，可輸出三軸加速度和三軸角速度等數(shù)據(jù);三軸電子羅盤HMC5883L輸出三軸磁場數(shù)據(jù);氣壓傳感器MS5611可獲得氣壓大小的數(shù)據(jù)，進(jìn)而通過氣壓與海拔高度的關(guān)系，換算得到四軸飛行器的高度大小。
[0021]運(yùn)動輸出裝置2中直接受主控制器控制的為好盈天行者20A電調(diào)，輝盛9克云臺舵機(jī)和fubata S3003舵機(jī)。電調(diào)可控制各電機(jī)的轉(zhuǎn)速，云臺舵機(jī)可控制云臺的轉(zhuǎn)動。
[0022]環(huán)境偵查裝置3中的PM2.5傳感器型號為GP2Y1010AU0F，用于檢測空氣中微粒的濃度;溫濕度傳感器Si7021用于檢測環(huán)境的溫濕度;小蟻運(yùn)動相機(jī)為拍攝環(huán)境畫面，并可輸出視頻信號用于無線發(fā)送;CO氣體傳感器MQ307A用于檢測空氣中的有毒氣體一氧化碳;氣壓傳感器MS5611采集空氣氣壓的大小;GPS模塊NE0-6M用于獲取四軸飛行器當(dāng)前的地理位置。
[0023]數(shù)據(jù)通信裝置4中2.4G遙控器接收機(jī)型號為R9D，接收配套的樂迪遙控器AT9發(fā)送過來的運(yùn)動信號，包括油門值，俯仰值，橫滾值和航向值，并輸出至主控制器5; 433MHz無線通信模塊E31-TTL-50使得主控器可與地面站設(shè)備通信，傳輸數(shù)據(jù);5.8G圖傳發(fā)射模塊TS351可無線發(fā)射由相機(jī)傳輸過來的AV信號。
[0024]上述【具體實(shí)施方式】為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對本實(shí)用新型的權(quán)利要求進(jìn)行限定，其他的任何未背離本實(shí)用新型的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于STM32F4的環(huán)境探測四軸飛行器，它包括主控制器、運(yùn)動反饋裝置，運(yùn)動輸出裝置，環(huán)境偵查裝置，數(shù)據(jù)通信裝置，機(jī)架，無刷電機(jī)，螺旋槳，中舵機(jī)，云臺架，云臺支架管，其特征是在機(jī)架的上板四條呈90度相鄰的力臂末端分別設(shè)置有無刷電機(jī)，無刷電機(jī)以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機(jī)為逆時針方向轉(zhuǎn)動，另一組無刷電機(jī)為順時針方向轉(zhuǎn)動，設(shè)置在無刷電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的螺旋槳的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)上安裝的螺旋槳都為正槳，順時針方向轉(zhuǎn)動的兩臺無刷電機(jī)上安裝的螺旋槳都為反槳;在機(jī)架的上板中間處預(yù)留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板的下方設(shè)置有下板，在下板頂面預(yù)留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板的底部設(shè)置有云臺支架管，云臺支架管的前端設(shè)置有云臺架，云臺架上安裝有運(yùn)動相機(jī)和中舵機(jī)，中舵機(jī)可控制運(yùn)動相機(jī)在云臺架上作俯仰角及橫滾角方向轉(zhuǎn)動;機(jī)架的腳架呈弓形，在腳架末端都安裝有避震棉套。
【文檔編號】B64D27/24GK205469824SQ201620022377
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月8日
【發(fā)明人】陳慶華, 朱相東, 魏杰文, 鄭澤鴻
【申請人】肇慶學(xué)院