[发明专利]一种基于双音多频信号的四旋翼飞行器控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种四旋翼飞行器控制系统及方法，尤其涉及一种基于双音多频信号的四旋翼飞行器控制系统及方法，属于通信、信号处理与自动控制技术领域。

背景技术

随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的不断提高，遥控飞行器极大地方便和丰富了人们的日常生产、生活，越来越受到人们的青睐。其中，四旋翼飞行器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共分两组，两组的旋转方向不同（四个螺旋桨可根据旋转方向分为两组，一正一反）。与传统的直升机不同，四旋翼飞行器只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。

传统的由遥控器控制的四旋翼飞行器，由于其遥控器的有效距离有限，且必须与飞行器配套使用的特点，存在控制距离有限、通用性、普适性差等问题，限制了人们的使用需求。PARROT公司曾于2010年初推出了AR.Drone四旋翼飞行器，它使用iPhone通过WIFI实现无线控制。但是，通过WIFI实现无线控制，不仅需要无线网络的存在，而且对手机功能有较高要求，对应用有所限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的四旋翼飞行器控制距离有限、普适性差等问题，提出一种基于双音多频信号技术的四旋翼飞行器控制系统及方法，能够实现对四旋翼飞行器的实时、远距离控制，具有较强的普适性。

本发明基于双音多频信号技术实现。所述双音多频信号（Dual-Tone Multi-Frequency，DTMF），是电话系统中电话机与交换机之间的一种用户信令，通常用于发送被叫号码。

双音多频信号由高频群和低频群组成。其中，高、低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个固定电话按键或移动电话按键（以下简称“电话按键”）。每个电话按键对应的频率信号是通过该按键所在行和列对应的两个频率信号合成而成。因此，只要通过测频的方法测出按键对应的音频，即可确定用户按下了哪个按键。当电话接通且有电话按键按下时，双音多频信号即被发送至位于接收端的双音多频信号接收模块，通过检测该双音多频信号的频率，即可检测出电话被按下的具体按键。电话按键双音多频频率表如表1所示。

表1电话按键双音多频频率表

本发明正是通过利用上述原理来实现对四旋翼飞行器的控制。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于双音多频信号技术的四旋翼飞行器控制系统，包括双音多频信号接收模块、双音多频信号解码模块、主控模块、飞行控制模块、电源模块和用户控制终端。其中，所述双音多频信号接收模块、双音多频信号解码模块、主控模块、飞行控制模块、电源模块均安装在四旋翼飞行器上。所述用户控制终端可以为任意型号的固定电话、移动电话或其他形式的具有双音多频通信功能的设备。

所述双音多频信号接收模块，用于接收经用户控制终端发送过来的双音多频信号，并将其发送给双音多频信号解码模块。双音多频信号接收模块上可安装SIM卡。

所述双音多频信号解码模块，用于对接收到的双音多频信号进行解码，产生相应的二进制代码，并发送给主控模块。具体的，每个二进制代码代表一个按键，共有0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100共12个二进制代码，分别代表“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”、“*”、“0”、“#”这12个按键。

所述主控模块，负责读取按键对应的二进制代码，并产生一组对应的脉位调制（pulse position modulation，PPM）信号。所述脉位调制信号是指一路高低电平随时间变化的信号，其每个周期包含多个通道信号，周期之间用一个宽度在3-8ms之间的低电平分隔，各通道均由一个280us的高电平作为引导，接下来的低电平宽度代表实际有用的信息，宽度范围为1.28-1.76ms。一组脉位调制信号的组成形式如图3所示。当不同的按键被按下时，该脉位调制信号相应通道的低电平宽度将发生变化。在本系统工作过程中，主控模块持续向飞行控制模块发送此脉位调制信号。

所述飞行控制模块，用于根据主控模块发送的脉位调制信号，利用姿态控制算法得到四个电机的电压控制量，进而实现对四旋翼飞行器的飞行姿态的控制。

所述电源模块，负责为双音多频信号接收模块、双音多频信号解码模块、主控模块、飞行控制模块供电。

上述模块之间的连接关系如下：