四轴飞行器的组成及各部分功能

四轴飞行器框图总结起来,可以分为以下几个部分:

GHz遥控器及接收机

       遥控器用于设定四轴飞行器的预期姿态。在第1章我们分析指出,四轴共有8种比较典型的运动状态,因此,我们至少需要一个四通道的遥控器来对四轴进行姿态的控制。遥控器大多使用2.4 GHz频段进行通信,并配有接收机来对发射机发射的信号进行解码和输出。通常,接收机将至少四个通道的数据用PWM波的形式输出到信号引脚。

       接收机输出的是50 Hz的PWM波,并用占空比(高电平时间/波形周期)数值来表示遥控器摇杆的位置,占空比的数值范围为5%-10%。例如,当Rol摇杆处于中间位置时,对应的信号引脚输出7.5%占空比的波,而7.5%是5%-10%的中间位置。也有PPM式的遥控器,它将多个通道的数据整合在一个波形里面,这样一个引脚就能传递多个通道的占空比信息。不过随着飞控单片机的引脚越来越丰富,这种类型遥控器用得比较少了。

蓝牙/WiFi等遥控器及接收机

       传统的航模遥控器是上述这种类型,操作手感好,有效范围远。但随着智能硬件的流行,现在也有很多用蓝牙/WiFi/Zigbee等物联网式通信作为遥控器的方案。这种遥控通常直接使用对应的网络协议进行通信,并用自己的数据格式进行数据的数字化传输,如直接传输Rol=-90。相比传统的遥控器,更加精确和量化,但其缺点是通信距离还比较近,程序编写相对复杂。上述两个部分,属于控制量输入设备,通过这两个部分,我们可以给四轴输入自己想要的姿态数据,从而操作四轴。当然,这里遥控器是由我们来控制的,如果是视觉控制、自主导航类的四轴,目标姿态则又不相同了。

姿态检测单元

       在遥控器知道了设定的姿态后,四轴还需要将其与自身目前的姿态进行比较,也就是求出Error=seteddata—realdata,这样才能输入PID算法中有针对性地对电机进行控制。姿态检测单元主要包括陀螺仪、加速度计、磁强计和气压计。

陀螺仪是检测四轴绕着Pit、Rol、Yaw三个方向的旋转角速度的器件,动态特性较好;加速度计是检测沿着X、Y、Z三个轴的线性加速度的器件,和陀螺仪结合可以得到比较准确的姿态;磁强计也就是电子罗盘,用于测定与地磁南北极的夹角,这样四轴可以更精确地知道自身的机体坐标系与大地坐标系的偏差,还可以进一步应用于四轴的锁定航向中;气压计通过测定四轴周围的大气压,从而判断四轴的绝对高度,能起到稳定高度的作用。

      陀螺仪、加速度计、磁强计各有三个轴向的数据采集,而气压计又采集到了一个高度轴的数据,因此,包含以上传感器的姿态检测单元可以称为10DOF,即10轴传感单元。在实际应用中,仅用陀螺仪可以完成对四轴飞行器的粗略控制,辅以陀螺和加速度计可以实现较好的控制,本书介绍的Flappy430还携带了磁强计。

      目前,由于MEMS技术的不断改进和数字电路的发展,各种传感器均实现了数字化,可以直接通过IIC/SPI等总线输出姿态数据,因此,姿态检测单元直接通过IIC/SPI总线与控制器相连,将当前的姿态数据传递到控制器,供后面的计算使用。

      当然,姿态检测单元也可以使用模拟传感器,并通过A/D采样引脚与控制器连接。模拟传感器测量精度可以更好,但连接较为复杂,在目前的DIY四轴飞行器中已不多见。

相关标签:飞行器  组成  部分  功能  
明星产品 Hot products
热门资讯 Hot information
粤ICP备17015802号-1 © 2019 www.17uav.com中国无人机行业网|AOPA无人机培训|无人机考证|无人机驾驶培训|无人机航拍| 版权所有 侵权必究

粤公网安备 44130202000708号