[发明专利]一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法，第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理，识别跟踪目标，解析飞行器自身位置，进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径；同时将跟踪路径编成报文，通过串口传输发送至第二控制器，第二控制器解析报文获取跟踪路径，利用加速度计和陀螺仪采集的姿态信息，通过四元数算法解析飞行器自身姿态，结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量，通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度，实现目标跟踪。本发明具有跟踪精度高、超低功耗、人机交互性好、成本低廉等特点。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法。

背景技术

四旋翼飞行器也称为时四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器。智能跟踪四旋翼飞行器能够针对特定的路径使用特定的传感器进行路径识别，按一定的算法使车体沿特定的路径或者跟踪特定的物体飞行。常见的路径方法有GPS定位、人工遥控。采用GPS定位可以在任何光照进行自动跟踪具有识别精度高、适用范围广等特点，但是对卫星信号要求高，且在室内跟踪能力弱。人工遥控具有安全系数高、方法简单等特点，但是人工遥控只能完成视野范围内的任务，且需要长时间培养人员灵活操作飞行器。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统及方法，无需卫星信号和培养人员且飞行器在室内依旧能够自主循迹，简单可靠。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于摄像头的四旋翼飞行器跟踪控制系统，包括第一控制器、第二控制器、高度检测模块、图像采集模块、电源模块、电子调速器、加速度计和陀螺仪；

所述第一控制器分别与高度检测模块、图像采集模块和第二控制器连接，所述第二控制器还与电子调速器、加速度计和陀螺仪连接；电源模块用于给四旋翼飞行器跟踪控制系统供电；

所述第一控制器对图像采集模块采集到的图像数据和高度检测模块检测到的高度数据进行分析和处理，识别跟踪目标，解析飞行器自身位置，进行高度偏差和方向偏差计算并规划跟踪路径；同时将跟踪路径编成报文，通过串口传输发送至第二控制器，所述第二控制器解析报文获取跟踪路径，所述加速度计和陀螺仪将采集的姿态信息发送给第二控制器，所述第二控制器通过四元数算法解析飞行器自身姿态，结合跟踪路径计算飞行器四旋翼上电机的控制量，通过电子调速器控制四旋翼上电机的转动速度，实现目标跟踪。

进一步地，还包括显示模块，所述显示模块与第一控制器连接，用于显示飞行器的运行时间、前进路程、跟踪目标的位置和飞行器自身位置。

进一步地，还包括键盘，所述键盘与第一控制器连接，键盘包括启动、复位、停止和调试功能键。

进一步地，所述第一控制器型号为R5F523T5ADFM。

进一步地，所述第二控制器型号为STM32F407ZET6。

进一步地，所述图像采集模块包括型号为OV7725的摄像头。

基于上述的四旋翼飞行器跟踪控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：系统设备初始化；

步骤S2：高度检测模块检测飞行器当前的高度数据，发送至第一控制器，第一控制器对当前的高度数据与设定高度进行对比，计算高度偏差，通过PID控制算法调节输出量；

步骤S3：图像采集模块采集图像数据发送至第一控制器，第一控制器对获取的图像数据进行分析计算，识别跟踪目标，解析飞行器自身位置，获取当前飞行器位置与跟踪目标的方向偏差，当跟踪目标在飞行器的左边时，通过PID控制算法调节横向roll值减小，当跟踪目标在飞行器的右边时，通过PID控制算法调节横向roll值增大；