[发明专利]一种基于物联网的微型四旋翼飞行器

说明书

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，涉及一种基于物联网的微型四旋翼飞行器。

背景技术

四旋翼飞行器(Quad-rotor Aircraft)是由四螺旋桨驱动的、能够实现垂直起降的飞行器，由前后和左右两组旋翼组成，旋转时对应方向上电机旋转方向相反。四旋翼飞行器能够实现垂直起降和空中自由悬停，其机动性能远远优于固定翼机型无人飞行器。并且体积小、质量轻、携带方便，比较适合在复杂地形环境、城市街道等狭窄的空间中使用，尤其是四旋翼飞行器能轻易进入而人不易或不能进入的恶劣环境。还可在近地面环境中执行监视和侦察等任务，具有广阔的民用和军事应用前景。同时，四旋翼飞行器具有结构简单、体积小、成本低廉等优点，正受到国内外科研机构和高校的关注，成为小型无人机领域中的研究热点。

在我国，迄今为止，对于四旋翼飞行器的基础理论与应用实验研究还处于起步阶段，其涉及到许多关键技术的融合，如制造技术、结构设计、材料工程、空气动力学、自主飞行控制与导航、图像处理和先进通信技术、高效能源、微机电技术、传感器技术等。四旋翼飞行器可广泛应用于军事、国防、宇宙空间探索、抢险救灾、地理信息测绘、环境监视、农林业应用、管线巡检及影视制作等多个领域，因此具有广阔的应用价值。

随着计算机技术、制造技术和通信技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、精度高的新型传感器的不断问世，四旋翼飞行器的性能从而不断地得到提高，正朝着微小型化、智能化、自主导航与多功能化、低成本以及使用方便等方向发展。随着物联网技术的发展，将其应用在四旋翼飞行器中，所构成的基于物联网的微型四旋翼飞行器非常适宜时代的需要与潮流，其研发过程不仅解决了自身存在的诸多问题，而且更为重要的是在于它还积极促进和推动了许多相关技术领域的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于物联网的微型四旋翼飞行器，结构简单、体积小、成本低廉，并能够实现垂直起降和空中自由悬停，适合在复杂地形环境中使用，尤其是人不易或不能进入的恶劣环境。

本发明所采用的技术方案是，一种基于物联网的微型四旋翼飞行器，包括微型四旋翼飞行器与智能飞行控制系统(一款安装在智能手机上的管理软件)，二者之间通过蓝牙(BlueTooth)进行数据通信。智能飞行控制系统把智能手机既当作遥控器，也当作接收器。用户通过操作智能飞行控制系统，来管理、控制微型四旋翼飞行器的飞行：垂直上升、垂直下降、向左移动、向右移动、向前移动、向后移动、空中悬停、紧急停机等，并且微型四旋翼飞行器的飞行姿态数据同时也会实时显示在智能飞行控制系统上。微型四旋翼飞行器包括X型镂空设计的飞控板，飞控板的四个顶角位置设置有圆孔，四个圆孔上分别安装旋翼，飞控板上设置有电路系统。

本发明的特征还在于，电路系统包括主控制器MCU，三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器、三轴磁力计传感器、蓝牙通信模块、空心杯电机、USB接口稳压电源、状态显示发光二极管。

主控制器MCU采用STM32F103CBT6。

三轴陀螺仪传感器、三轴加速度传感器采用MPU6050。

三轴磁力计传感器采用HMC5883。

蓝牙通信模块采用BF4030模块。

USB接口稳压电源采用TP4056。

本发明的有益效果是：在硬件设计中，采用“X”型设计，飞控板大面积镂空，既美观，同时又在不降低飞控受力的情况下大幅度减少飞控PCB面积，减轻飞控重量。在软件设计中，采用四元数计算飞控姿态角，具有运算量小、精度高、更新速度快等优点；使用串级PID，对多个飞控状态量进行合理控制，获得更稳定的飞行姿态和更迅速的姿态响应。由于微型四旋翼飞行器体积小、质量轻、携带方便，适合在复杂地形环境中使用，尤其是人不易或不能进入的恶劣环境。微型四旋翼飞行器可广泛应用于军事、国防、宇宙空间探索、抢险救灾、地理信息测绘、环境监视、农林业应用、管线巡检及影视制作等多个领域，因此具有广阔的应用价值。

附图说明

图1是本发明的基于物联网的微型四旋翼飞行器的功能框图。

图2是本发明的微型四旋翼飞行器不带螺旋桨时结构图。

图3是本发明的微型四旋翼飞行器的电路系统结构框图。

图中，1.飞控板，2.圆孔，3.电路系统，4.主控制器MCU，5.三轴陀螺仪传感器，6.三轴加速度传感器，7.三轴磁力计传感器，8.蓝牙通信模块，9.空心杯电机，10.USB接口稳压电源，11.状态显示发光二极管。

具体实施方式