[实用新型]一种基于嵌入式CPS的超声波实时避障防撞无人机装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于嵌入式CPS的超声波实时避障防撞无人机装置，属于无人机技术领域。

背景技术

四旋翼无人机是一种智能机器人。在动力来源和姿态控制两方面，四旋翼飞行器以电机带动旋翼作为驱动力来源，其空气动力学原理与传统固定翼飞行器及基于桨距控制的直升机系统有很大区别——得益于近几十年来，在纳米技术低雷诺数空气动力学和 MEMS 技术方面研究的深入、科技的发展和应用的普及，四轴飞行器采用多种微传感器、微处理器以及众多子系统（导航、通信、动力和飞行控制等）构成的高集成系统，飞行器结构极为简化，重量大幅减轻，而制造及装配也十分容易。除此以外，飞行器拥有垂直起降能力，不需要配置反扭矩桨，通过结构对称的旋翼产生的反扭矩即可使飞行器平衡。通过搭载的功能传感器，它能够轻松驾驭例如对障碍物的识别、避让、围绕等在此之前其他类型飞行器难以完成的任务。飞行特性方面四轴飞行器体现出了强大优势和潜力，因而在军事领域和民用领域都显示出了极高的研究和应用价值。该实用新型由国家自然科学基金项目（61562051）、云南省应用基础研究计划重点项目（2014FA029）资助研究，主要在于探索CPS等实时嵌入式控制系统时序建模方法在四旋翼无人机超声波实时避障防撞上的应用与推广，解决超声波实时避障防撞无人机装置欠驱动控制与连续时间行为的关联转换难题，为超声波实时避障防撞无人机装置计算进程逻辑时间与物理进程物理时间的一致性提供理论依据。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种基于嵌入式CPS的超声波实时避障防撞无人机装置，首先，电机的驱动电路采用三相六臂全桥电路，控制电路的管理控制芯片采用单片机STM32实现，以充分发挥其高性能、资源丰富的特点，因而外围电路结构简单，实现电机的启动和稳定运行，大大提高四旋翼无人机无刷直流电机的调速和控制性能，解决了现有电路结构复杂成本高，缺乏经济性等不足；其次通过超声波测距模块，实时监测无人机与障碍物的距离，实现无人机自在主飞行时的自动避障功能，解决了现有市场上无人机无法实现自主飞行的障碍物自动躲避问题，进一步提高了无人机本身自带的机动性、便携性、可操作性，能够更好的实现、完成、解决现有无人机应用领域的各种实际问题。

本实用新型技术方案是：一种基于嵌入式CPS的超声波实时避障防撞无人机装置，包括电源模块1、控制模块2、电机驱动模块3、无线通信模块4、姿态测量模块5、防撞结构6、超声波测距模块7、外围辅助设备接口模块8；其中电源模块1分别与控制模块2、电机驱动模块3相连接，控制模块2分别与电源模块1、电机驱动模块3、无线通信模块4、姿态测量模块5、防撞结构6、超声波测距模块7、外围辅助设备接口模块8相连接。

所述电源模块1包括3S聚合物锂离子电池（自带电池消除电路BEC, Battery Eliminating Circuit）、5V-3.3V 转换电路、分流板；其中，3S聚合物锂离子电池分别与5V-3.3V 转换电路、分流板相连，5V-3.3V 转换电路与控制模块2中单片机模块相连，为其提供工作电源，分流板直接与电机驱动模块3相连，为电机工作提供电源。

所述5V-3.3V 转换电路包括线性电源稳压芯片AMS1117、电容C1、C2、C3、C4；其中由3S聚合物锂离子电池通过自带BEC直流输出5V电压与线性电源稳压芯片AMS1117的+VIN引脚，电容C1的一端与线性电源稳压芯片AMS1117的+VIN引脚相连；电容C1的另一端直接接入大地GND；电容C2的一端与线性电源稳压芯片AMS1117的+VIN引脚相连，电容C2的另一端直接接入大地GND；线性电源稳压芯片AMS1117的GND引脚直接接入大地GND；电容C3的一端与线性电源稳压芯片AMS1117的OUT引脚相连，电容C3的另一端直接接入大地GND；电容C4的一端与线性电源稳压芯片AMS1117的OUT引脚相连，电容C4的另一端直接接入大地GND；线性电源稳压芯片AMS1117的OUT引脚直接作为3.3V电压的正极VCC。

所述控制模块2包括放大电路12、升压电路13、驱动控制电路、滤波电路15、5V-3.3V转换电路、单片机模块；其中，单片机模块分别与放大电路12、升压电路13、驱动控制电路、滤波电路15、5V-3.3V转换电路相连。