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一种固定翼无人机的飞行辅助系统

阅读：299发布：2023-12-30

专利汇可以提供一种固定翼无人机的飞行辅助系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种固定翼无人机的飞行辅助系统。包括监测无人机的飞行状态和稳定程度，建立无人机三维飞行的控制模型，实现实时自主调控无人机稳定飞行并将数据返回地面。所述装置主要包括主控制模块、姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块和电源模块。姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块实时监测无人机飞行状态、高度和空速，并将数据发送到主控制模块进行处理和解算，主控制模块输出指令给执行机构，控制电机和舵机来改变无人机的俯仰角、横滚角、偏航角，同时无线模块发送信息到地面控制终端，并融合遥控信息实时监测并辅助无人机使其稳定飞行，最终使无人机应用于诸多方面。，下面是一种固定翼无人机的飞行辅助系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种固定翼无人机的飞行辅助系统，采用模块化设计，主要包括主控制模块、姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块。所述的主控制模块分别与姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块、电源模块相连；所述的姿态感应模块由MEMS三轴数字陀螺仪和三轴数字MEMS 加速度计组成，用来监测无人机飞行姿态并将测得数据返回到上位机，其中MPU6050陀螺仪使用I2C总线与MCU之间通信；所述的气压高度感应模块为MS5611-01BA气压传感器，用来检测飞行高度；所述的空速感应模块为4525D0气压传感器，用来检测飞行速度；所述的舵机模块由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成；所述的主控制系统中上位机采用DMA的方式接收数据；所述的无线模块为基于2.4G频段的NRF2401模块，可实现无人机飞行数据返回并接收遥控指令。
2.根据权利要求书1所述的一种固定翼无人机的飞行辅助系统，其特征在于能在遥控无人机的同时，检测无人机的飞行状态和稳定程度，进行自动调整，并将数据返回地面。
3.根据权利要求书1所述的一种固定翼无人机的飞行辅助系统，其特征在于，无刷直流电机和电调由基于反电动势法的无位置传感器BLDC控制，NRF2.4G为采用3.3V供电无线模块，系统采用与主控制系统相同的电源网络对其供电，同时加入0.1UF电容进行滤波。结合陀螺仪传感器的数据融合技术，采用自适应算法，通过控制电机和舵机实现无人机的自主调控。

说明书全文

一种固定翼无人机的飞行辅助系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种固定翼无人机的飞行辅助系统，包括在遥控无人机的同时，检测无人机的飞行状态和稳定程度，实现实时自主调控无人机使其稳定飞行，并将数据返回地面。

背景技术

[0002] 随着科学的发展和时代的进步，固定翼无人机无论在军事还是民用领域都有广泛的应用前景。近年来，对无人机领域的研究已得到国内外各大研究机构的重视，尤其小型固定翼无人机的研究得到迅猛发展，可广泛应用于军事侦察、高空拍摄、交通监控及自然灾害勘察等方面，因此实现小型固定翼无人机的稳定飞行具有重要的现实意义。

[0003] 然而，实现无人机飞行不可避免地要涉及到飞行器姿态、速度、位置等方面的控制运算。大多数航模爱好者并不能使自己的航模稳定飞行，原因之一是只用遥控器操控航模飞行，很容易受天气影响，加之操控者手法不熟练，其次风向和风速的变化人眼无法察觉，没有时间进行快速控制，形成飞行力量不平衡，以致上下、左右翻滚成为常见现象，另外，航模缺少飞行稳定辅助系统，飞机无法达到自主或半自主飞行。

[0004] 基于此，小型固定翼无人机需要一个飞行辅助系统来使其避免这些弊端，达到稳定飞行的目的并对其进行控制。

发明内容

[0005] 本发明主要解决的是：提供一种固定翼无人机的飞行辅助系统，使无人机能在接收遥控信息的同时，监测无人机的飞行状态和稳定程度，使其进行自动调整，并将数据返回地面。

[0006] 本发明所采用的技术方案是：一种固定翼无人机的飞行辅助系统，采用模块化设计，主要包括主控制模块、姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块。所述的主控制模块分别与姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块、电源模块相连；所述的姿态感应模块由MEMS

[0007] 三轴数字陀螺仪和三轴数字MEMS 加速度计组成，用来监测无人机飞行姿态并将测得数据返回到上位机，其中MPU6050陀螺仪使用I2C总线与MCU之间通信；所述的气压高度感应模块为MS5611-01BA气压传感器，用来检测飞行高度；所述的空速感应模块为4525D0气压传感器，用来检测飞行速度；所述的舵机模块由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成；所述的主控制系统中上位机采用DMA的方式接收数据；所述的无线模块为基于2.4G频段的NRF2401模块，可实现无人机飞行数据返回并接收遥控指令。

[0008] 本发明由于采用上述结构，使无人机能在接收遥控信息的同时，监测无人机的飞行状态和稳定程度，使其进行自动调整，并将数据返回地面，能很大程度上规避无人机和航模的飞行不稳问题，使无人机实现自主或半自主飞行，从而能被广泛应用于诸多方面，例如军事侦察、高空拍摄、交通监控、自然灾害勘察、航模制作、无人机快递送货上门及人工降雨等，有广泛的应用价值和市场前景。附图说明

[0009] 图1是系统总体结构图

[0010] 图2是系统基本流程图

具体实施方式

[0011] 下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本发明是如何实现的。

[0012] 如图1所示，一种固定翼无人机的飞行辅助系统，采用模块化设计，主要包括主控制模块、姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块。所述的主控制模块分别与姿态感应模块、气压高度感应模块、空速感应模块、信号调理及接口模块、舵机模块、无线模块、电源模块相连；所述的姿态感应模块由MEMS三轴数字陀螺仪和三轴数字MEMS加速度计组成，用来监测无人机飞行姿态并将测得数据返回到上位机，其中MPU6050陀螺仪使用I2C总线与MCU之间通信；所述的气压高度感应模块为MS5611-01BA气压传感器，用来检测飞行高度；所述的空速感应模块为4525D0气压传感器，用来检测飞行速度；所述的舵机模块由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成；所述的主控制系统中上位机采用DMA的方式接收数据；所述的无线模块为[0013] 基于2.4G频段的NRF2401模块，可实现无人机飞行数据返回并接收遥控指令。

[0014] 如图1所示，系统采用与主控制系统相同的电源网络对其供电，同时加入0.1UF电容进行滤波，结合陀螺仪传感器的数据融合技术，采用自适应算法，无刷直流电机和电调由基于反电动势法的无位置传感器BLDC控制，NRF2.4G为采用3.3V供电无线模块，通过控制电机和舵机实现无人机的自主调控。

[0015] 如图1所示，我们应用到的MS5611-01BA气压传感器是一款SPI和I2C总线接口的新一代高分辨率气压传感器，该传感器模块包括一个高线性度的压力传感器和一个超低功耗模数转换器。MS5611-01BA气压传感器的主要传感元件是一个对气压强弱敏感的薄膜和一个顶针开控制，电路方面它连接了一个柔性电阻器。当被测气压变化时，薄膜变形带动顶针，同时电阻器的阻值改变，从传感元件取得0-5V的信号电压，经过A/D转换由数据采集器接收，再以适当形式传递给主控制系统。

[0016] 如图1所示，空速感应模块利用压差传感器，通过皮托管将迎风压力引入一个引压孔，另一个引压孔接入静压，通过对压差的测量就可以得到空速。

[0017] 如图1所示，舵机模块由舵盘、位置反馈电位器、减速齿轮组、直流电机和控制电路组成，减速齿轮组由直流电机驱动，其输出转轴带动一个具有线性比例特性的位置反馈电位器作为位置检测。控制器将电位器的反馈电压与外部输入控制脉冲进行比较，产生驱动脉冲，控制并驱动电机正转或反转，使减速齿轮输出的位置和期望值相符合，达到精确控制转向角度的目的。

[0018] 如图2所示，MCU 控制信号采集系统将传感器所测数据返回到主控芯片进行解算，主控芯片再对所接收信号进行特征提取和模式识别，再传送控制命令到处于执行部分的电机和舵机等，执行部分又将无人机工作状态以数字信号返回给MCU，从而实现反馈调节，使无人机控制更精确，最终可以稳定飞行。

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