飛行控制系統及具有其的飛行器的制作方法

本實用新型屬于飛行器技術領域，涉及一種飛行控制系統及具有該飛行控制系統的飛行器。

背景技術：

無人飛行器，簡稱無人機，是一種處在迅速發展中的飛行裝置，其具有機動靈活、反應快速、無人飛行、操作要求低等優點。無人機通過搭載多種傳感器，可以實現影像實時傳輸、高危地區探測功能，是衛星遙感與傳統航空遙感的有力補充。目前，無人機的使用范圍已經擴展到軍事、科研和民用三大領域，具體在電力、通信、氣象、農業、海洋、勘探、攝影、防災減災、農作物估產、緝毒緝私、邊境巡邏、治安反恐等領域應用甚廣。

飛行控制系統是飛行器的核心，負責整個飛行器的控制。但是，現有的飛行控制系統普遍存在如下缺點：1、數據處理能力弱，導致其不能快速地處理復雜的數據，從而影響飛行控制系統的穩定性、安全性和處理能力。2、各個模塊都是分散的，集成度低，體積龐大，增大了飛行器的體積和重量，不利于飛行器的飛行和小型化。3、對外界的感知能力弱，對感知信息的處理能力弱，不能很好地實現各種控制功能。4、通信方式單一，當該通信方式出現故障或信號較弱時，無人機失去控制，容易導致墜毀等問題，給無人機的安全帶來很大的危害。

鑒于現有技術的上述缺陷，迫切需要一種新型的飛行控制系統。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種飛行控制系統，以解決目前飛行控制系統存在的數據處理能力弱，集成度低、體積大，對外界環境感知能力弱等問題。

為了實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種飛行控制系統，其包括控制器模塊以及與其通信的慣性測試單元模塊、GPS模塊、電子調速器模塊、視覺處理模塊、光流蔽障處理模塊和云臺模塊，其特征在于，所述控制器模塊用于完成飛行數據解析處理和通信控制處理；所述慣性測試單元模塊用于實時采集飛行器的姿態、高度和加速度信息并與所述控制器模塊之間進行實時交流，以對飛行器的姿態進行控制；所述GPS模塊用于提供地理信息；所述電子調速器模塊用于對所述控制器模塊傳來的數據進行解析處理并輸出控制電機的信號；所述視覺處理模塊用于將圖像處理成有效信息后與所述控制器模塊之間進行數據交流；所述光流蔽障處理模塊用于采集和處理地面高度和位置信息并上傳給所述控制器模塊；所述云臺模塊用于與所述控制器模塊之間進行實時通訊，實現對云臺的實時控制與監測，完成對云臺的各種操作。

其中，所述飛行控制系統進一步包括系統電源管理模塊，所述系統電源管理模塊用于為飛行控制系統的各個模塊供電，所述系統電源管理模塊采用多路獨立電源供電，以減小各個模塊之間的電源干擾，并且，所述系統電源管理模塊采用DC-DC降壓加LDO線性穩壓供電，以降低供電電源的紋波，提高飛行控制系統的工作穩定性。

進一步地，其中，所述飛行控制系統進一步包括電池管理系統模塊，所述電池管理系統模塊用于采集電源的電壓、電流和電量信息，并與所述控制器模塊進行數據交流。

更進一步地，其中，所述控制器模塊采用雙核結構，包括一個主控制器單元和一個從控制器單元，所述從控制器單元用于實現對所述電子調速器模塊的外設操控，減輕所述主控制器單元的工作壓力；所述主控制器單元用高速工作主頻實現對各種數據的融合處理，所述主控制器單元擁有多種通信接口，實現各種模塊的方便接入。

再進一步地，其中，所述多種通信接口包括UART，SPI，USB，I2C和CAN。

此外，所述控制器模塊帶有存儲設備，所述存儲設備用于實現飛行器飛行數據的實時存儲。

進一步地，其中，所述慣性測試單元模塊設置有減震機構，所述減震機構能有限地削弱飛行過程中的高頻振動分量，提高飛行控制系統的穩定性。

更進一步地，其中，所述GPS模塊采用雙模高精度的GPS定位模塊，其接受靈敏度高，定位精確，所述GPS模塊采用獨立的模塊存在，并且，所述GPS模塊外部加抗干擾信號屏蔽機構，提高所述GPS模塊的接收靈敏度與抗干擾能力。

再進一步地，其中，所述電子調速器模塊的控制器與驅動器集成在一起，所述電子調速器模塊的控制方式為磁場定向控制，并且，所述電子調速器模塊包括多個電子調速器，所述多個電子調速器分別控制一個電機，同時，所述多個電子調速器集成于同一塊PCB板上，集成度高。

最后，本實用新型還提供一種飛行器，其特征在于，具有上述的飛行控制系統。

與現有的飛行控制系統相比，本實用新型的飛行控制系統具有如下有益技術效果：

1、本實用新型的飛行控制系統的控制器模塊為雙核結構，其能實現復雜的數據處理能力，便于實現飛行器的控制。

2、本實用新型的飛行控制系統的各個模塊的集成度更高，占用空間小，能實現飛行控制系統的小型化，適于無人機上使用。

3、其具有強大的外界感知能力和對外界感知信息的處理能力，因此，能通過對外界的感知而控制飛行器執行相應的處理動作。

附圖說明

圖1是本實用新型的飛行控制系統的構成示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明，實施例的內容不作為對本實用新型的保護范圍的限制。

圖1示出了本實用新型的飛行控制系統的構成示意圖。如圖1所示，本實用新型的飛行控制系統包括控制器模塊(MCU模塊)以及與其通信的慣性測試單元模塊(IMU模塊)、GPS模塊、電子調速器模塊(ESC模塊)、視覺處理模塊、光流蔽障處理模塊和云臺模塊。

所述控制器模塊(MCU模塊)用于完成飛行數據解析處理和通信控制處理。在本實用新型中，所述控制器模塊采用雙核結構，包括一個主控制器單元和一個從控制器單元。其中，所述從控制器單元用于實現對所述電子調速器模塊的外設操控，減輕所述主控制器單元的工作壓力。所述主控制器單元用高速工作主頻實現對各種數據的融合處理，也就是實現從其它模塊獲得的數據的融合處理。由于采用雙核結構，其能實現復雜的數據處理能力，便于實現飛行器的控制。

并且，在本實用新型中，所述主控制器單元擁有多種通信接口，實現各種模塊的方便接入，且具有更好的兼容性。優選地，所述多種通信接口包括UART，SPI，USB，I2C和CAN等。由于具有不同種類的多種通信結構，這樣，各種模塊，例如視覺處理模塊、云臺模塊等無論具有哪種類型的通信接口，都能夠與所述MCU模塊通信連接，使得所述MCU模塊的兼容性大大提高。

此外，在本實用新型中，所述控制器模塊帶有存儲設備。所述存儲設備用于實現飛行器飛行數據的實時存儲。這樣，有助于飛行數據的實時存儲，便于掌控各種飛行數據，即為飛行器的下次飛行提供參考，也有助于后續的研發。

所述慣性測試單元模塊用于實時采集飛行器的姿態、高度和加速度等信息并與所述控制器模塊之間進行實時交流，以對飛行器的姿態進行控制。也就是，所述慣性測試單元模塊將實時采集到的飛行器的姿態、高度和加速度等信息傳輸給所述控制器模塊，由所述控制器模塊進行數據解析處理后發出控制命令，從而實現對飛行器的姿態的控制。

在本實用新型中，優選地，所述慣性測試單元模塊設置有減震機構。所述減震機構能有效地削弱飛行過程中的高頻振動分量，提高飛行控制系統的穩定性。

優選地，所述GPS模塊用于提供地理信息，從而實現定位。也就是，所述GPS模塊用于獲取地理信息并將所獲取的地理信息傳輸給所述MCU模塊，由所述MCU模塊根據定位情況進行合適的控制。

在本實用新型中，優選地，所述GPS模塊采用雙模高精度的GPS定位模塊，從而使得其接收靈敏度高，定位精確。更優選地，所述GPS模塊采用獨立的模塊存在。最優選地，所述GPS模塊外部加抗干擾信號屏蔽機構。這樣，能夠提高所述GPS模塊的接受靈敏度與抗干擾能力，從而提供更準確的地理信息，實現更準確的定位。

所述電子調速器模塊用于對所述控制器模塊傳來的數據進行解析處理并輸出控制電機的信號。

在本實用新型中，優選地，所述電子調速器模塊采用高集成的控制方案，也就是，其控制器與驅動器集成在一起，從而能夠簡化系統，調高可靠性。更優選地，所述電子調速器模塊采用FOC控制方案，也就是，其控制方式為磁場定向控制，從而能夠提高電機的控制效率和穩定性

而且，在本實用新型中，所述電子調速器模塊包括多個電子調速器，例如，圖1中的四個電子調速器。所述多個電子調速器分別控制一個電機。優選地，所述多個電子調速器集成于同一塊PCB板上。這樣，其集成度高，體積小。

所述視覺處理模塊用于將圖像處理成有效信息后與所述控制器模塊之間進行數據交流。也就是，所述視覺處理模塊能夠對外界感知設備，例如攝像頭、相機等獲得的圖像進行處理，將對外界物體的感知量化成有效信息。同時，將所述有效信息傳輸給所述MCU模塊。所述MCU模塊獲取所述視覺處理模塊發送的有效信息后，執行相應的動作，實現智能操控。

所述光流蔽障處理模塊用于采集和處理地面高度和位置等信息并將所采集和處理后的地面高度和位置等信息上傳給所述控制器模塊。所述MCU模塊獲取所述地面高度和位置等信息之后，建立三維空間模型，并執行相關的動作，實現飛行器對地面的高精度定位。

所述云臺模塊用于與所述控制器模塊之間進行實時通訊。這樣，所述云臺模塊能夠依據所述控制器模塊的指令實現對云臺的實時控制與監測，完成對云臺的各種操作。

此外，在本實用新型中，所述飛行控制系統進一步包括系統電源管理模塊。所述系統電源管理模塊用于為飛行控制系統的各個模塊供電。

在本實用新型中，優選地，所述系統電源管理模塊采用多路獨立電源供電。這樣，能夠以減小各個模塊之間的電源干擾，使得供電更穩定。更優選地，所述系統電源管理模塊采用DC-DC降壓加LDO線性穩壓供電。這樣，能夠降低供電電源的紋波，提高飛行控制系統的工作穩定性。

同時，在本實用新型中，所述飛行控制系統可以進一步包括電池管理系統模塊(BMS模塊)。所述電池管理系統模塊(BMS模塊)用于采集電源的電壓、電流和電量等信息，實現對電源的電壓、電流和電量等信息的實時監控，并與所述控制器模塊進行數據交流。所述控制器模塊獲取所述電池管理系統模塊的上傳信息，也就是電源的電壓、電流和電量等，并進行邏輯判斷，依據邏輯判斷結果執行相應的動作，實現對電源的優化操控。

而且，在本實用新型中，所述飛行控制系統進一步包括WiFi通信模塊。所述WiFi通信模塊用于實現地面和飛行器之間的通信，從而實現圖像與控制信號的實時交流。優選地，所述飛行控制系統進一步包括4G通信模塊。所述4G通信模塊用于實現地面和飛行器之間的通信，實現超遠距離控制。

在本實用新型中，為了便于實現兩種通信方式的切換，使得控制終端優先采用所述Wifi通信模塊與飛行控制系統建立數據連接；當所述Wifi通信模塊的信號強度小于預設閾值時，啟用所述4G通信模塊與無飛行控制系統建立數據連接。

本實用新型通過在飛行控制系統上設置4G通信模塊和Wifi通信模塊，并對通信方式的選擇優先級進行設置，克服了現有技術中飛行控制系統通信方式單一的問題，實現了飛行控制系統與控制終端的多種通信方式連接，在不同距離、不同環境可自由切換通信方式，有效保障了飛行控制系統與控制終端的通信穩定性和可靠性。

最后，本實用新型提供一種飛行器。所述飛行器具有前述的飛行控制系統。優選地，所述飛行器為無人機。

本實用新型的飛行控制系統能實現復雜的數據處理能力，集成度高，占用空間小，能實現對外界的感知，并進行相關處理后執行相應的處理動作。

本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本實用新型的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之列。