多旋翼飞行器解决方案

多旋翼飞行器解决方案一、多旋翼飞行器介绍多旋翼飞行器是由多组动力系统组成的飞行平台，一般常见的有四旋翼、六旋翼、八旋翼……十八旋翼，甚至更多旋翼组成。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，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行控制计算机和外部设备。电动多旋翼飞行器由无刷电机驱动螺旋桨组成单组旋翼动力系统，由惯导系统、飞控系统、导航系统、电子调速器组成控制驱动部分。瑞伯达提供专业无人机飞行器解决方案。飞行器作为飞行载体可携带影像器材、通讯器材、采集器材、特殊器材等升空，可达到传统方式达不到的高度（0-500米）。二、多旋翼飞行器优点多旋翼飞行器以其独特的结构和简洁的系统构架与传统飞行器相比有明显的优势。1、多旋翼飞行器的最大优点是安全2、需要的起降条件要求很低，有条几十米的跑道就够了。3、以高能电池作为能量与油动飞行器相比噪音更低4、简单的机械部件组成（仅电机轴承为机械部件）与传统直升机（有较复杂的机械部件与传动结构）相比维护相当简单。5、操纵简单，整机全电子增稳，一个人只需要半天左右学习就基本可以独立驾驶了。三、多旋翼飞行器缺点：1、速度差。旋翼飞机比直升飞机稍快一点点，与固定翼飞机相比差得太远，因此在需要快速运输而又没有特别要求的场合，都使用普通固定翼飞机；2、灵活性欠佳。虽然旋翼飞机比直升飞机略快一点，安全性也更高，但其使用灵活性却比直升飞机差太多。它的机动性远逊于直升飞机，不能悬停，更不能倒飞。而且虽然比固定翼飞机起降场地要求低很多，跟直升飞机比起来却又大大逊色了，因为直升飞机可以垂直起降（旋翼飞机也有可以垂直起降的型号，但是一旦加了垂直起降功能，其结构就复杂了，安全性和操纵简单的优势就没有了）。四、多旋翼飞行器的用途多旋翼飞行系统可广泛应用于农业中低空撒种、喷洒农药，治安监控、森林灭火、灾情监视、应急通讯、电力应用、海运应用、气象监测、航拍航测，另外对空中勘探、无声侦查、边境巡逻、核辐射探测、航空探矿、交通巡逻等三十多个行业方面的应用也将进一步得到开发。多旋翼飞行器在多行业的应用1、公安系统的应用多旋翼飞行器具有便携、质轻、飞行稳定、噪音低等特点，携带影像设备与侦测设备可以为秘密侦察提供强有力的手段，尤其是人不易接近的区域，可以提供空中第一手影像资料。同样在群体性事件中也可以发挥巨大的作用，除侦察外甚至可以携带小型催泪瓦斯进行空中投掷。2、消防行业的应用现场火灾的蔓延、林区火势的详情、高层起火的救生等方面都是消防工作部署的关键，多旋翼飞行器可以到现场迅速升空，有了高度就能把详细情况实时传送的地面指挥车，可以为消防部署提供真实有效地参考。3、电力系统的应用高压线路的巡视，高压线塔的检修维护是一个长期而艰巨的工作，有了多旋翼飞行器这一有力的工具，让线路巡视、线塔检修成为简单易行的工作。尤其是在多山地区的传输线路，更能发挥飞行器的优势。同样在交通巡查、油田管路巡查、高铁高架巡查等都比较类似。4、农业行业的应用我国作为农业大国，农作物病虫害的防治任重而道远。往往像水稻田等类似的农药喷洒一直都是人力有所不及。多旋翼飞行器以稳定飞行和操作简单的特性，携带药液进行低空喷洒（比农作物高2米），可以实现喷洒均匀，药效好，极大的节约了人力，实现高效率作业。飞行器携带病虫色谱摄影设备还可以对大面积植被进行病虫害监测和预警，做到及早发现，及时治理。5、影视行业的应用小型飞行器飞行相对不稳定。现在的多旋翼飞行器可以携带高清摄像机、高画质单反照相机进行稳定飞行，可完成空中视频的视频航拍和摄影航拍。而且多旋翼飞行器可以尽可能的低空飞行达到动感的视频效果，这也是载人直升机不能完成的超低空飞行。可以说填补了在超低空领域航拍的空白。五、实现微小型多旋翼无人机的自主飞行具有重要的现实意义实现无人机的自主飞行不可避免地要涉及到飞行器姿态、速度、位置这几个大方面的控制运算，因此对于控制器的运算能力有很高的要求。现有的飞行控制系统一般采用ARM7、DSP等高速处理器作为控制芯片。对于这类单芯片飞控系统，一个控制周期内要完成数据采集、数据处理、控制运算及指令输出，同时还需将数据输出到监控系统，过重的负荷影响了系统的可靠性[2]。针对这一问题，本文设计了一种双芯片飞行控制系统，采用2个STM32F107VCT6处理器同时分工协作的机制,完成对飞行控制的任务要求。该系统设计结构可靠，运算处理能力强，稳定性高。1系统硬件设计1.1系统功能划分及硬件布局多旋翼无人机自主飞行控制系统较为复杂，一般需要设计3类控制器：位置控制器、速度控制器及姿态控制器。同时还有姿态角推算，导航数据融合等算法。为了满足以上控制和算法要求，机载部分的硬件布局就显得尤为重要。若要得到很好的实时控制效果，控制频率是一个重要的考虑因素。因此，为了完成高频的控制运算，设计了一种双芯片控制系统，2个处理器同时处理数据,协调工作,达到自主飞行的目的。协同任务的分配。其双芯片系统结构。主控制器部分有IMU模块、GPS模块、遥控器无线接收机及XBEE无线传输模块；从控制器有陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、地磁传感器、气压传感器、PWM输出模块及SD卡数据存储器。1.2系统硬件选型(1)主从控制器：选择丰富的硬件接口资源及功能强大的DMA控制方式，充分保证无人机控制系统的稳定性与实时性。主从CPU之间采用高达18MHz的SPI接口进行双机通信。针对实际应用，对通信接口增加硬件握手，主机每次在传输数据前询问从机状态，如准备好，则开始发送数据。这样可以避免主机发送数据时,而从机正处于中断接收配置代码区，无法接收数据，造成数据丢失，无法正确接收数据。(2)模拟量传感器：加速度传感器、陀螺仪传感器。采用模拟量传感器的优势在于可以高频率且精确地进行数据采集，满足400Hz姿态控制频率的要求。(3)数字量传感器:地磁计、气压计、GPS模块。数字量传感器使用相对简单，且在控制位置和速度时的频率相对较低，数字量传感器可以满足要求。(4)无线传输模块：遥控器、遥控器接收机、XBEE无线传输模块。(5)扩展模块:IMU模块。可以通过搭载高性能的IMU模块来验证控制板上各种传感器的性能及估算的姿态角的准确性。2、嵌入式系统软件设计系统软件，采用汇编语言和C语言混合编程实现。主要分为主控制器和从控制器两部分的软件设计。2.1主控制器软件设计主控制器软件。遥控器的数据接收、上位机的数据接收、GPS数据读取、高度计和地磁计的数据读取、主循环控制频率等利用中断程序完成。为了减轻CPU负载,对地面站的数据输出采用DMA功能，无需CPU干预。2.2从控制器软件设计从控制器需要完成400Hz的控制运算，同样需要分别配置STM32的USART接口、SPI接口及定时器中断。采集频率设定为2000Hz，并对采集到的数据进行巴特沃斯数字低通滤波。巴特沃斯数字滤波器相比其他数字滤波器而言，通带内具有最大平坦幅度、阻带频率响应逐渐下降为零的特点。滤波器的性能指标如下：通带截止频率20Hz,阻带截止频率100Hz,阻带最小衰减20dB，通带最大衰减3dB[9]。对于SD卡的数据写入同样采用SPI的DMA功能,实现数据的快速写入，节约CPU时间。控制软件，接收与发送主机数据、主循环频率都利用中断程序完成。同时为了节约CPU对外围设备的读写的时间，采用ADC的DMA功能实现对模拟量传感器的数据读取，并将数据采集和存储交由DMA控制器。瑞伯达科技致力于成为全球无人机飞行器领导品牌，是智能化无人机飞行器及控制系统的研制开发的专业厂商，生产并提供各行业无人机应用的飞行器解决方案。