[实用新型]一种用于四旋翼飞行器的模块式控制板

说明书

技术领域：

本实用新型属于无人机控制技术领域，涉及一种控制板，特别是一种适用于四旋翼飞行器的模块式控制板，其采用模块化结构设计，具有通用性高、易维护、参数可实时调节等特点。

背景技术：

四旋翼飞行器是一种六自由度垂直起降飞行器，能够完成悬停、低速飞行、垂直起降和室内飞行等固定翼飞机无法完成的任务，也是一种具有四个呈十字形交叉结构螺旋桨的飞行器，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，与传统意义上的直升机相比，其具有结构和控制简单、制造精度要求低、稳定性好、较弱的陀螺效应等优势，因而在无人侦察、交通管理、森林防火、城市巡逻等领域具有广阔应用前景，成为国际上的研究热点。四旋翼飞行器实现稳定飞行与巡航的前提是通过一定方式调节其飞行参数，并对飞行过程中的飞行器进行遥控。飞行参数和遥控指令决定了飞行器的飞行平稳度和飞行方向，因此飞行器的遥控和参数调节方式在飞行器的控制方面格外重要；另外，由于四旋翼飞行器的控制部分由驱动模块、无线通讯模块以及控制模块等多个负责不同功能的模块构成，因此各个模块之间连接与拆卸的方便性也较为重要。

现有技术中的四旋翼飞行器大都存在以下缺点：

(1)结构方面：市面上大部分四旋翼飞行器采用了一体式的结构，这种设计虽然方便量产也符合美观，但是不能满足广大四旋翼专业用户对机体的可模块化拆卸诉求，在遇到电路上某个模块损坏的情况下，往往需要更换整个控制电路或驱动电路，这对于用户来说更换的成本太高，而且也造成了不必要的浪费；

(2)控制芯片方面:市面上绝大多数飞行控制芯片使用的是国外的16位及32位单片机，成本较高的同时使得国内飞行控制芯片市场长期萎靡。因此本实用新型设计出一种新型的适用于四旋翼飞行器的模块式控制板，以国产芯片作为控制芯片，通过模块化结构设计、配备的遥控器和上位机软件进行遥控和参数调节，实现精准的控制。

发明内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种用于四旋翼飞行器的模块式控制板，不仅打破了国外芯片在飞行控制板市场的垄断地位，而且易于改装调试方便控制。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的用于四旋翼飞行器的模块式控制板主体结构包括主控模块、无线模块、陀螺仪模块、电源及稳压电路、电机及驱动模块，电源及稳压电路分别与主控模块、无线模块、陀螺仪模块和电机及驱动模块电连接以提供电源，主控模块分别与无线模块、陀螺仪模块和电机及驱动模块电连接，用于接受并处理来自无线模块和陀螺仪模块的数据信息，主控模块的P6.1、P6.2、P6.3、P1.0、P1.1、P4.7引脚与无线模块的接点对应连接，主控模块的P0.0和P4.6引脚与陀螺仪模块的相应接点连接，主控模块的P2.1、P2.2、P2.3、P3.7引脚与电机及驱动模块的相应接点连接；无线模块负责传输控制信息，陀螺仪模块负责检测飞行姿态，电机及驱动模块在主控模块产生的PWM信号控制下为飞行器提供动力；主控模块与陀螺仪模块之间通过I2C协议进行数据传输通讯，主控模块与无线模块之间通过SPI协议进行数据传输通讯，以实现对四旋翼飞行器的模块式控制。

进一步的，所述主控模块为宏晶科技有限公司生产的型号为IAP15W4K58S4的8位单片机，主要功能是接收来自陀螺仪模块的角度信息并求解出四元数以得出当前姿态，并根据控制算法产生四路PWM信号控制电机转速以达到调节四旋翼飞行器姿态的目的。

进一步的，所述无线模块为NRF24L01芯片，该芯片是由NORDIC生产的工作在2.4GHz-2.5GHzISM频段的单片无线收发器芯片；主要功能是接收来自外部独立配置的遥控器的指令并发送给主控模块。

进一步的，所述陀螺仪模块为MPU6050，MPU6050是六轴运动处理传感器，它集成了三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计，其对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC；主要功能是将其测量的模拟量转化为可输出的数字量，并通过I2C接口与主控模块进行通讯。

进一步的，所述电源及稳压电路为3.7V高倍率航模电池和升压降压电路，该电路是先将3.7V的电源电压升压到5V然后再降压到3.3V后以获得供给各个模块的标准工作电压。

进一步的，所述电机及驱动模块为高速空心杯电机和MOS管，采用高速空心杯电机为动力装置，采用MOS管作为功率管。

优选的，所述模块式控制板能够通过USB接口连接上位机软件，该上位机软件包括飞行姿态显示和飞行姿态控制两部分，以分别实现调节或修改四旋翼飞行器PID参数与显示飞行姿态的功能。