基于上位机调控与显示的四旋翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种上位机调控与显示的四旋翼飞行器，具体涉及一种四旋翼飞行器的状态参数通过无线网络传输到上位机软件，并在电脑软件可调控与显示状态参数的相关硬、软件设备。
【背景技术】
[0002]无人飞行器是指不需要驾驶员驾驶，利用现代电子设备，使用微处理运行预定的控制程序，接收外部无线控制信号或按照内部预设程序决定飞行姿态和飞行轨迹，利用空气动力学原理实现飞行的可回收飞行器。由于无人飞行器无需驾驶员参与飞行，使其更适合于执行危险任务或在不适合人类生存的环境中执行任务，所以世界各国争相研究无人飞行器。
[0003]四旋翼飞行器也称四旋翼直升机，是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向并可分为分两组，两组的旋转方向不同。
[0004]四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，其中两旋翼属于逆时针旋转，另外两旋翼属于顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞控板、无线模块等外部设备。四旋翼飞行器是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。实现上述所有运动的控制基础是四旋翼飞行器的稳定悬停。因此，有效地调试四旋翼飞行器，使其能保持平稳的飞行状态是当前研究的重点。
【发明内容】
[0005]本实用新型是要提供一种基于上位机调控与显示的四旋翼飞行器，特别嵌入了飞控板、上位机和无线传输模块，可通过无线网络将飞行器的状态参数传输到上位机，并可在上位机软件上修改飞行器的内部参数，以达到调试飞行器控制平衡、实时显示飞行状态的目的。
[0006]本实用新型是通过这样的技术方案来实现的:一种基于上位机调控与显示的四旋翼飞行器，包括主控单元、直流无刷电机及螺旋桨、驱动模块、电源模块、飞控板、无线传输模块、遥控器、上位机，所述主控单元通过无线传输模块连接上位机，用于飞行器起飞之前，将四旋翼飞行器的平横状态参数信号通过无线网络传输到上位机，并通过上位机显示并调节飞行器平衡状态参数，直至飞行器的四旋翼螺旋桨达到平衡状态;所述遥控器通过连接飞控板连接主控单元，用于飞行器平稳起飞后，通过遥控器来控制飞行器的方向、速度，并通过上位机显示主调节飞行器的状态参数;所述主控单元通过驱动模块连接直流无刷电机及螺旋桨;所述的电源模块分别连接主控单元和驱动模块。
[0007]所述无线通讯模块为WIFI232无线网络芯片。
[0008]所述的飞控板采用STM32F主控制器，具有6通道PWM输入模块、8通道PWM输出模块、MS5611气压高度计、姿态测量仪、AT4OTB数据存储模块、3*LED显示模块、独立的数字电源模拟电源及接口。
[0009]所述飞控板中的姿态测量仪采用STM32F103芯片为主控芯片，并有三轴加速度、三轴角速率、三轴磁力计、气压高度计传感器。
[0010]本实用新型的有益效果是:与一般飞行器相比，本实用新型通过无线模块将飞行器的状态参数传输到上位机，并可在上位机上显示并调控飞行器的内部参数，以达到调试飞行器控制平衡、实时显示飞行状态的目的。
【附图说明】
[0011]图1为四旋翼飞行器的结构模块图；
[0012]图2为四旋翼飞行器的俯视图；
[0013]图3为四旋翼飞行器的侧视图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施过程对本发明进行详细说明:
[0015]如图1所示，一种基于上位机调控与显示的四旋翼飞行器，包括主控单元、直流无刷电机及螺旋桨、驱动模块、电源模块、飞控板、无线传输模块、遥控器、上位机，所述主控单元通过无线传输模块连接上位机，用于飞行器起飞之前，将四旋翼飞行器的平横状态参数信号通过无线网络传输到上位机，并通过上位机显示并调节飞行器平衡状态参数，直至飞行器的四旋翼螺旋桨达到平衡状态;所述遥控器通过连接飞控板连接主控单元，用于飞行器平稳起飞后，通过遥控器来控制飞行器的方向、速度，并通过上位机显示主调节飞行器的状态参数;所述主控单元通过驱动模块连接直流无刷电机及螺旋桨；电源模块分别连接主控单元和驱动模块。
[0016]如图2，3所示，四个旋翼臂对称设在机身的四角处，四个旋翼臂与机身组合成“十”字形结构，旋翼臂上均固定连接有无刷电机，无刷电机上均固定连接有螺旋桨，无刷电机连接导线，导线穿过旋翼臂进入到安装部内，且导线的另一端连接在飞控装置上。飞控装置上安装WIFI通讯模块，通过无线连接上位机。
[0017]电源模块分别为主控单元和执行驱动模块供电。
[0018]在飞行器起飞之前，四旋翼飞行器的平横状态参数通过无线网络传输到上位机。若飞行器起飞前，四旋翼的螺旋桨状态不平衡，则起飞后飞行器将会朝着螺旋桨偏重的一方落下，飞行器可能会因此摔坏。故起飞前，可通过上位机软件显示并调节飞行器平衡状态参数，直至飞行器的四旋翼螺旋桨达到平衡状态。当飞行器平稳起飞后，可通过发射机遥控器来控制飞行器的方向、速度等。上位机软件可显示并调节飞行器的状态参数如加速度、角速率、磁力计、气压高度等。
[0019]作为优选，所述的飞控板选取Captain飞控板，其采用STM32F主控制器，有6通道P丽输入模块、8通道P丽输出模块、MS5611气压高度计、姿态测量仪、AT45DB数据存储模块、3*LED显示模块、独立的数字电源模拟电源及丰富的接口。此Captain飞控板是一个飞行控制器或者机器人控制器的硬件平台，其提供板子上硬件的驱动程序，用户需自行编写软件。Captain控制算法基于PID，需自行调节PID参数。
[0020]l)Captain控制板使用两组独立的LD0分别给数字电源和模拟电源供电。而且模拟电源经过了两级的滤波电路，最大程度地减少来自外界的电源干扰，已得到最准确的测量数据。数字电源最大电压为3.3V，最大电流为800mA。模拟电源最大电压为3.3V，最大电流为150mAο
[0021 ] 2)Captain带有6通道的Ρ丽输入，用于连接接收机，已采集来自遥控器的控制信号，每通道都有RC滤波电路以减少高频和毛刺脉冲帮的影响。通过编程，可以支持PPM的信号输入以扩展更多的通道输入。
[0022]3)Captain飞控板带有8通道的舵机输出，每个通道连接至ljSTM32的比较输出，可以单独控制通道的占空比和频率。支持模拟舵机和数字舵机的驱动，同时还可以连接电子调速器以驱动马达电机。8路PWM信号都经过缓冲器将3.3V的驱动电压，转成了舵机电源的逻辑电压，可以达到5V或更高的6V。
[0023]4)Captain飞控板的姿态传感器模块由以下芯片组成:(a)MPU6050集成了三轴的陀螺仪和三轴的加速度，用于解算俯仰角和横滚角。(b)HMC5883三轴的磁力计，感应地磁来得到载体的航向角。(c)MS5611高精度气压计，通过气压值转换成高度值。以上硬件，经过传感器融合技术，可以得到当前载体相对水平面的俯仰角和横滚角，还有相对北极的航向角。
[0024]5)Captain飞控板使用三个不同颜色的LED来显示当前系统的运行状态，这些LED是用户可以控制和自定义功能的。Flash存储器存在的意义是，方便用户存储:(a)传感器的标定值，补偿值。(b)程序中用到的可改变的参数或是常量，如PID参数值。(c)存储任务状态，GPS信息和航点的经度、玮度和高度等信息。AT4OTB连接到STM32F的SPI2接口，可以达到最高18M的时钟速度，快速访问Flash数据。
[0025]Captain飞控板中的姿态测量仪，以STM32F103芯片为主控芯片，并有三轴加速度、三轴角速率、三轴磁力计、气压高度计传感器，可测量俯仰、横滚、航向、高度及温度，其广泛应用在飞行器、汽车、机器人及机械手臂等方面。
[0026]1)姿态测量仪的主控制芯片选用了 STM32F103T8，ARM32-bitCortex?-M3内核，它有64KB的闪存存储器，和20KB的运行内存。姿态测量仪上