基于stm32f4的環境探測四軸飛行器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及基于STM32F4的環境探測四軸飛行器，用于環境偵察，它公開了在機架的上板四條力臂末端設置有無刷電機，無刷電機分成兩組，一組為逆時針方向轉動，另一組為順時針方向轉動，逆時針轉動的螺旋槳為正槳，順時針轉動的螺旋槳都為反槳；在下板的底部設置有云臺支架管，云臺支架管的前端設置有云臺架，云臺架上安裝有運動相機和中舵機；腳架末端都安裝有避震棉套。本實用新型的優點是解決了傳統環境偵查設備受地理環境影響大，應用面窄的問題；可應用于氣象監測，軍事偵察，消防災情，城市規劃等領域；采用單核心控制器方案，具有功能集成度高，結構緊湊，硬件成本低的優點，具有可觀的推廣價值。
【專利說明】
基于STM32F4的環境探測四軸飛行器
技術領域
[0001]本實用新型涉及監控設備及控制系統和環保監測儀器領域，具體涉及一種基于STM32F4的環境偵查四軸飛行器。
【背景技術】
[0002]環境偵查在低空偵察，災情監視，安防，野外探險，城市規劃，橋梁檢測，氣象觀測等工作領域中起著重要意義。在現有技術中，陸地環境的偵察多由地面機器人來參與采集環境信息，包括實時傳輸所拍攝的視頻，檢測環境空氣中的有害氣體，以及反饋地理信息等。而該類地面偵查機器容易受地形影響，以致工作效率不高，靈活度差，移動速度小，拍攝的視野小;在以適應盡可能多的地理環境的前提下，制造的環境偵查機器人具有結構復雜，技術難度大，應用面窄，成本高等問題。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種基于STM32F4的環境探測四軸飛行器，它針對現有技術存在的問題，為了能夠克服地形對環境偵查影響和該類設備應用領域局限問題的環境偵查四軸飛行器提供具體解決方案。
[0004]本實用新型的技術解決方案是在主控制器、運動反饋裝置，運動輸出裝置，環境偵查裝置，數據通信裝置，機架，無刷電機，螺旋槳，中舵機，云臺架，云臺支架管的基礎上，其特點是在機架的上板四條呈90度相鄰的力臂末端分別設置有無刷電機，無刷電機以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機為逆時針方向轉動，另一組無刷電機為順時針方向轉動，設置在無刷電機轉軸上的螺旋槳的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉動的兩臺無刷電機上安裝的螺旋槳都為正槳，順時針方向轉動的兩臺無刷電機上安裝的螺旋槳都為反槳;在機架的上板中間處預留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板的下方設置有下板，在下板頂面預留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板的底部設置有云臺支架管，云臺支架管的前端設置有云臺架，云臺架上安裝有運動相機和中舵機，中舵機可控制運動相機在云臺架上作俯仰角及橫滾角方向轉動;機架的腳架呈弓形，在腳架末端都安裝有避震棉套。
[0005]控制系統的技術方案是:基于STM32F4的環境偵查四軸飛行器，其包括主控制器、運動反饋裝置、運動輸出裝置、環境偵查裝置和數據通信裝置。
[0006]所述主控制器為芯片STM32F407VET6，以機架F450V2為載體，控制核心通過控制所搭載的飛行器運動反饋裝置、飛行器運動輸出裝置、環境探測裝置、數據通信裝置實現該產1?? 會 K。
[0007]所述飛行器運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]所述飛行器運動輸出裝置組成為:好盈天行者20A電調，新西達2212無刷電機，1045螺旋槳，由輝盛9克舵機和fubata S3003驅動的T8雙軸阻尼云臺。
[0009]所述環境偵查裝置組成為:PM2.5傳感器GP2Y1010AU0F，溫濕度傳感器Si7021，小蟻運動相機，CO氣體傳感器MQ307A，氣壓傳感器MS5611，NE0-6M的GPS模塊。
[0010]數據通信裝置組成為:2.4G接收機R9D、433MHz無線通信模塊E31-TTL-50、5.8G圖傳發射模塊TS351。
[0011]本實用新型的工作原理是基于無刷電機的分組設置，螺旋槳的水平角和正反設置，以及云臺支架管、云臺架、運動相機和中舵機的具體位置安裝，中舵機，使用樂迪遙控器AT9給四軸飛行器發送運動指令，包括懸停，上升，下降，機身轉動，機身向前后左右方向的運動指令。2.4G遙控器接收機接收到控制指令后，傳輸給主控制器5。主控制器5獲取運動反饋裝置I中的六軸傳感器的三軸加速度和三軸角速度數據，以及三軸電子羅盤的三軸磁場數據;主控制器對這三類數據進行融合，獲得四軸飛行器的姿態角，進而與運動命令混合運算后得出各電機的轉速值，通過電子調速器輸出至無刷電機6、7、8、9，從而控制飛行器的姿態角。當需要實現懸停的指令時，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據；當四軸飛行器離地面高度高于3m時，主控制器5獲取GPS模塊的經瑋度數據，和氣壓傳感器的數據，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，通過運動輸出裝置2不斷調整機身位置位于指定三維空間點可接受距離范圍內。另外，四軸飛行器做俯仰和橫滾運動時，主控制器結合四軸飛行器自身的姿態角，控制云臺16進行俯仰角和橫滾角的補償，使相機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動的同時，主控制器5獲取環境偵查裝置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模塊的數據，并對這些環境變量數據進行打包，通過433MHz無線通信模塊向空中發射;地面站通過433MHz無線通信模塊接收該數據包，并對數據包解析，對各類數據分類存儲以及顯示，以實現對所偵查環境作出評估。另外，環境偵查裝置3中的相機對實時拍攝的畫面，以AV信號的形式輸出至5.SG圖傳發射模塊;5.SG圖傳發射模塊在指定無線電頻道發射視頻信號，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，操作者可實時查看所偵查環境的真實情況。
[0013]本實用新型的優點是解決了傳統環境偵查設備受地理環境影響大，應用面窄的問題;可應用于氣象監測，軍事偵察，消防災情，城市規劃等領域;采用單核心控制器方案，具有功能集成度高，結構緊湊，硬件成本低的優點，具有可觀的推廣價值。
【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的結構不意圖；
[0015]圖2是本實用新型主控板各模塊連接關系方框圖。
【具體實施方式】
[0016]根據圖1所示本實用新型在主控制器5、運動反饋裝置I，運動輸出裝置2，環境偵查裝置3，數據通信裝置4，機架22，無刷電機6、7、8、9，螺旋槳1、11、12、13，中舵機17，云臺架16，云臺支架管21的基礎上，其特點是在機架22的上板14四條呈90度相鄰的力臂20末端分別設置有無刷電機6、7、8、9，無刷電機6、7、8、9以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機6、8為逆時針方向轉動，另一組無刷電機7、9為順時針方向轉動，設置在無刷電機轉軸上的螺旋槳1、11、12、13的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉動的兩臺無刷電機6、8上安裝的螺旋槳10、12都為正槳，順時針方向轉動的兩臺無刷電機7、9上安裝的螺旋槳11、13都為反槳；在機架22的上板14中間處預留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板14的下方設置有下板15，在下板15頂面預留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板15的底部設置有云臺支架管21，云臺支架管21的前端設置有云臺架16，云臺架16上安裝有運動相機19和中舵機17，中舵機17可控制運動相機19在云臺架16上作俯仰角及橫滾角方向轉動;機架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2 212無刷電機6、7、8、9;螺旋槳1、11、12、13的型號為1045，直徑1英寸。機架的上板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架上板14上，機架的下板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17可控制運動相機19在俯仰角及橫滾角方向轉動，其中運動相機19所拍攝方向為四軸飛行器的正前方向。
[0018]根據圖2所示，四軸飛行器的控制系統是由主控制器5、運動反饋裝置1、運動輸出裝置2、環境偵查裝置3和數據通信裝置4組成。
[0019]主控制器5的芯片STM32F407VET6通過設計好的程序控制各裝置的工作。
[0020]運動反饋裝置I中的GPS模塊型號為NE0-6M，可輸出四軸飛行器的經瑋度，運動速度，高度等數據;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據;三軸電子羅盤HMC5883L輸出三軸磁場數據;氣壓傳感器MS5611可獲得氣壓大小的數據，進而通過氣壓與海拔高度的關系，換算得到四軸飛行器的高度大小。
[0021]運動輸出裝置2中直接受主控制器控制的為好盈天行者20A電調，輝盛9克云臺舵機和fubata S3003舵機。電調可控制各電機的轉速，云臺舵機可控制云臺的轉動。
[0022]環境偵查裝置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用于檢測環境的溫濕度;小蟻運動相機為拍攝環境畫面，并可輸出視頻信號用于無線發送;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前的地理位置。
[0023]數據通信裝置4中2.4G遙控器接收機型號為R9D，接收配套的樂迪遙控器AT9發送過來的運動信號，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備通信，傳輸數據;5.8G圖傳發射模塊TS351可無線發射由相機傳輸過來的AV信號。
[0024]上述【具體實施方式】為本實用新型的優選實施例，并不能對本實用新型的權利要求進行限定，其他的任何未背離本實用新型的技術方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.基于STM32F4的環境探測四軸飛行器，它包括主控制器、運動反饋裝置，運動輸出裝置，環境偵查裝置，數據通信裝置，機架，無刷電機，螺旋槳，中舵機，云臺架，云臺支架管，其特征是在機架的上板四條呈90度相鄰的力臂末端分別設置有無刷電機，無刷電機以對角方式劃分成兩組，一組無刷電機為逆時針方向轉動，另一組無刷電機為順時針方向轉動，設置在無刷電機轉軸上的螺旋槳的槳葉與水平面角度為45度，逆時針方向轉動的兩臺無刷電機上安裝的螺旋槳都為正槳，順時針方向轉動的兩臺無刷電機上安裝的螺旋槳都為反槳;在機架的上板中間處預留有四軸飛行器的主控板安裝空間，而上板的下方設置有下板，在下板頂面預留有四軸飛行器的鋰離子電池安裝空間；在下板的底部設置有云臺支架管，云臺支架管的前端設置有云臺架，云臺架上安裝有運動相機和中舵機，中舵機可控制運動相機在云臺架上作俯仰角及橫滾角方向轉動;機架的腳架呈弓形，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
【發明人】陳慶華, 朱相東, 魏杰文, 鄭澤鴻
【申請人】肇慶學院