[实用新型]一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置

摘要

本实用新型涉及一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置。本实用新型包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块。无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源。本实用新型集机身姿态控制、飞行高度检测、无线收发等功能于一体，机体飞行具有可靠稳定性与操控性。

主权项

1. 一种基于贯流风机驱动的四轴飞行器平衡稳定控制装置，包括微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、机身方位指示电路、串口/SWD调试接口电路、信号输入/输出及扩展接口、供电电源模块，其特征在于：无线收发模块、机身姿态控制模块和飞行高度检测模块通过串行总线与微处理器模块连接；供电电源模块为微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、无线收发模块、串口/SWD调试接口电路、机身方位指示电路、信号输入/输出及扩展接口提供工作电源；所述的微处理器模块包括微处理器模块包括第一微处理器U3、第四电阻R4、第六电阻R6、第十电阻R10、第十三电阻R13、第九电容C9、第十电容C10、第十五电容C15、第十六电容C16、第二十二电容C22、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第三按键S3和第一备用电池BT1；第四电阻R4一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的28脚BOOT1相连；第六电阻R6的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U3的7脚NSRT、第三按键S3的一端、第十五电容C15的一端相连；第十电阻R10一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U3的60脚BOOT0相连；第十三电阻R13一端与第一微处理器U3的5脚OSC-IN、第二晶振Y2的一端、第二十二电容C22的一端相连，另一端与第一微处理器U3的6脚OSC-OUT、第二晶振Y2的另一端、第十六电容C16的一端相连；第九电容C9一端与第一微处理器U3的4脚OSC32-OUT、第一晶振Y1的一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十电容C10一端与第一微处理器U3的3脚OSC32-IN、第一晶振Y1的另一端相连，另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15的另一端与第三按键S3的另一端相连并接数字地DGND；第十六电容C16的另一端与数字地GDND相连；第二十二电容C22的另一端与数字地DGND相连；第一备用电池BT1一端与第一微处理器U3的1脚VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U3的VBAT端与备用电源VBAT相连；第一微处理器U3的32脚VDD_1、48脚VDD_2、64脚VDD_3、19脚VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U3的13脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U3的12脚VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U3的31脚VSS_1、47脚VSS_2、63脚VSS_3、18脚VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U3的型号是STM32F103RCT6；所述机身姿态控制模块包括机身三轴角速度检测模块和机身三轴倾角检测模块；机身三轴角速度检测模块包括第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11、第一Z轴向固定接口U12、第三角速度检测单元U13、第一双运算放大器U7、第二双运算放大器U14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第三十电容C30、第三十一电容C31、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第三十八电容C38、第三十九电容C39、第四十电容C40、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十七电容C47和第四十八电容C48；第一双运算放大器U7的4端与模拟地AGND相连；第一双运算放大器U7的8端与+5V相连；第一角速度检测单元U9的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第一角速度检测单元U9的2脚GND端与模拟地AGND相连；第十五电阻R15的一端与第一双运算放大器U7的1端、第十七电阻R17的一端、第三十五电容C35的一端相连，另一端与第一微处理器U3的21脚Gyro-CH1、第三十一电容C31的一端相连；第十六电阻R16的一端与第一角速度检测单元U9的1脚Vref、第十八电阻R18的一端、第三十六电容C36的一端相连，另一端与第一双运算放大器U7的3端、第三十电容C30的一端相连；第十七电阻R17的一端与第一双运算放大器U7A的2端、第十八电阻R18的另一端、第三十五电容C35的另一端相连；第三十六电容C36的另一端、第三十一电容C31的另一端均与模拟地AGND相连；第三十电容C30的另一端与第一角速度检测单元U9的4脚OUT相连；第二角速度检测单元U11的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第二角速度检测单元U11的2脚GND端与模拟地AGND相连；第二十三电阻R23的一端与第一双运算放大器U7的7端、第二十五电阻R25的一端、第三十九电容C39的一端相连，另一端与第一微处理器U3的22脚Gyro-CH2、第三十八电容C38的一端相连；第二十四电阻R24的一端与第二角速度检测单元U11的1脚Vref、第二十六电阻R26的一端、第四十电容C40的一端相连，另一端与第一双运算放大器U7的5端、第三十七电容C37的一端相连；第二十五电阻R25的另一端与第一双运算放大器U7的6端、第二十六电阻R26的另一端相连；第三十七电容C37的另一端与第二角速度检测单元U11的4脚OUT相连；第四十电容C40的另一端、第三十八电容C38的另一端均与模拟地AGND相连；第三角速度检测单元U13的3脚VCC端与模拟电源AVCC相连；第三角速度检测单元U13的2脚GND端与模拟地AGND相连；第三十七电阻R37的一端与第二运算放大器U14的1端、第四十电阻R40的一端、第四十七电容C47的一端相连，另一端与第一微处理器U3的23脚Gyro-CH3、第四十六电容C46的一端相连；第三十八电阻R38的一端与第三角速度检测单元U13的1脚Vref、第三十九电阻R39的一端、第四十八电容C48的一端相连，另一端与第二运算放大器U14的3端、第四十五电容C45的一端相连；第四十电阻R40的另一端与第二运算放大器U14的2端、第三十九电阻R39的另一端、第四十七电容C47的另一端相连；第四十五电容C45的另一端与第三角速度检测单元U13的4脚OUT相连；第四十六电容C46的另一端与模拟地AGND相连；第四十八电容C48的另一端与模拟地AGND相连；第一Z轴向固定接口U12的1端与+5V电源相连；第一Z轴向固定接口U12的2端与模拟地AGND相连；第一Z轴向固定接口U12的3端与模拟电源AVCC相连；第一Z轴向固定接口U12的4端与第一微处理器U3的23脚Gyro-CH3相连；所述的第一角速度检测单元U9、第二角速度检测单元U11和第三角速度检测单元U13的型号均是ENC-03，第一双运算放大器U7和第二双运算放大器U14的型号均是LMP358AN；机身三轴倾角检测模块包括第一倾角加速度检测单元U6；第一倾角加速度检测单元U6的6脚5V端与+5V电源相连；第一倾角加速度检测单元U6的8脚GND端与模拟地AGND相连；第一倾角加速度检测单元U6的1脚Xout端、2脚Yout端和3脚Zout端分别与第一微处理器U3的15脚Acce-X、16脚Acce-Y 和17脚Acce-Z相连；第一倾角加速度检测单元U6的4脚SL端与第一微处理器U3的11脚Acce-GS2相连；第一倾角加速度检测单元U6的5脚0G端与第一微处理器U3的10脚Acce-0G相连；第一倾角加速度检测单元U6的10脚ST端与第一微处理器U3的9脚Acce-GS1相连；第一倾角加速度检测单元U6的9脚GS端与第一微处理器U3的8脚Acce-MODE相连；第一倾角加速度检测单元U6的7脚3.3V端悬空；所述的第一倾角加速度检测单元U6的型号是MMA7361；所述飞行高度检测模块包括数字气压传感器U10、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22；第二十一电阻R21一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字气压传感器U10的7脚SDA、第一微处理器U3的30脚SDA端相连；第二十二电阻R22一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字气压传感器U10的6脚SCL、第一微处理器U3的29脚SCL端相连；数字气压传感器U10的1脚GND端与模拟地AGND相连；数字气压传感器U10的2脚EOC端与第一微处理器U3的24脚Altimeter-EOC相连；数字气压传感器U10的3脚VDDA端与模拟电源AVCC相连；数字气压传感器U10的4脚VDDD端与数字电源DVCC相连；数字气压传感器U10的8脚XCLR端与第一微处理器U3的25脚Altimeter-XCLR相连；数字气压传感器U10的5脚NC端悬空；所述数字气压传感器U10的型号是BMP085；所述无线收发模块包括无线收发模块包括第一高速无线收发芯片JP1、第五电阻R5、第八电阻R8、第一按键S1和第二按键S2；第五电阻R5的一端与第一微处理器U3的52脚KEY1端相连，另一端与第一按键S1的一端相连；第六电阻R6的一端与第一微处理器U3的51脚KEY2端相连，另一端与第二按键S2的一端相连；第一按键S1的另一端与数字地DGND相连；第二按键S2的另一端与数字地DGND相连；第一高速无线收发芯片JP1的1端与数字地DGND相连；第一高速无线收发芯片JP1的2端与数字电源DVCC相连；第一高速无线收发芯片JP1的3端与第一微处理器U3的26脚24L01-CE相连；第一高速无线收发芯片JP1的4端与第一微处理器U3的33脚24L01-CSN相连；第一高速无线收发芯片JP1的5端与第一微处理器U3的34脚24L01-SCK相连；第一高速无线收发芯片JP1的6端与第一微处理器U3的36脚24L01-MOSI相连；第一高速无线收发芯片JP1的7端与第一微处理器U3的35脚24L01-MISO相连；第一高速无线收发芯片JP1的8端与第一微处理器U3的27脚24L01-IRQ相连；所述第一高速无线收发芯片JP1的型号是nRF24L01；所述机身方位指示电路包括第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第四十一电容C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十四电容C44、第五发光二极管DS5、第六发光二极管DS6、第七发光二极管DS7、第八发光二极管DS8、第二三极管Q2、第三三极管Q7、第一场效应管Q3、第二场效应管Q4、第三场效应管Q5、第四场效应管Q6；第二十七电阻R27的一端与+5V电源、第二三极管Q2的发射极相连，另一端与第三三极管Q7的集电极、第二十八电阻R28的一端相连；第二十八电阻R28的另一端与第二三极管Q2的基极相连；第三十一电阻R31的一端与第三三极管Q7的基极相连，另一端与第一微处理器U3的44脚LED-BIG端相连；第二三极管Q2的集电极与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端相连；第三三极管Q7的发射极与数字地DGND相连；第三十二电阻R32的一端与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端、第一场效应管Q3的栅极相连，另一端与电源地PGND相连；第三十三电阻R33的一端与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端、第二场效应管Q4的栅极相连，另一端与电源地PGND相连；第三十四电阻R34的一端与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端、第三场效应管Q5的栅极相连，另一端与电源地PGND相连；第三十五电阻R35的一端与第一微处理器U3的LED-BIG-ALL端、第四场效应管Q6的栅极相连，另一端与电源地PGND相连；第四十一电容C41的正极与第二驱动电源PVCC2、第五发光二极管DS5的正极相连，负极与第一场效应管Q3的漏极、第五发光二极管DS5的负极相连；第四十二电容C42的正极与第二驱动电源PVCC2、第六发光二极管DS6的正极相连，负极与第二场效应管Q4的漏极、第六发光二极管DS6的负极相连；第四十三电容C43的正极与第二驱动电源PVCC2、第七发光二极管DS7的正极相连，负极与第三场效应管Q5的漏极、第七发光二极管DS7的负极相连；第四十一电容C44的正极与第二驱动电源PVCC2、第八发光二极管DS8的正极相连，负极与第一场效应管Q6的漏极、第八发光二极管DS8的负极相连；第一场效应管Q3的源极与电源地PGND相连；第二场效应管Q4的源极与电源地PGND相连；第第三场效应管Q5的源极与电源地PGND相连；第四场效应管Q6的源极与电源地PGND相连；所述第一场效应管Q3、第二场效应管Q4、第三场效应管Q5和第四场效应管Q6的型号均是IRLR7843，第二三极管Q2的型号是8550，第三三极管Q7的型号是8050；串口/SWD调试接口电路包括第一串口调试接口JP3、第一SWD调试接口U5；第一串口调试接口JP3的1端与+5V电源相连；第一串口调试接口JP3的2端与第一微处理器U3的42脚UART1-TX端相连；第一串口调试接口JP3的3端与第一微处理器U3的43脚UART1-RX端相连；第一串口调试接口JP3的4端与数字地DGND相连；第一SWD调试接口U5的1端与数字电源DVCC相连；第一SWD调试接口U5的2端与第一微处理器U3的46脚PA13端相连；第一SWD调试接口U5的3端与第一微处理器U3的49脚PA14端相连；第一SWD调试接口U5的4端与数字地DGND相连；所述信号输入/输出及扩展接口包括遥控信号输入接口、四通道油门信号输出接口和扩展功能接口；遥控信号输入接口包括第一遥控信号输入接口P1；第一遥控信号输入接口P1的1端与第一微处理器U3的39脚Rev-PPM相连；第一遥控信号输入接口P1的2端与+5V电源相连；第一遥控信号输入接口P1的3端与数字地DGND相连；四通道油门信号输出接口包括第二插接口JP5、第三插接口JP9、第四插接口JP12和第五插接口JP15；第二插接口JP5的1端与第一微处理器U3的58脚PWM-CH1相连；第二插接口JP5的3端与电源地PGND相连；第二插接口JP5的2端悬空；第三插接口JP9的1端与第一微处理器U3的59脚PWM-CH2相连；第三插接口JP9的3端与电源地PGND相连；第三插接口JP9的2端悬空；第四插接口JP12的1端与第一微处理器U3的61脚PWM-CH3相连；第四插接口JP12的3端与电源地PGND相连；第四插接口JP12的2端悬空；第五插接口JP15的1端与第一微处理器U3的62脚PWM-CH4相连；第五插接口JP15的3端与电源地PGND相连；第五插接口JP15的2端悬空；扩展功能接口包括第一插接口JP2；第一插接口JP2的1端与第一微处理器U3的57脚R-PB5端相连；第一插接口JP2的2端与第一微处理器U3的2脚R-PC13-TAM端相连；第一插接口JP2的3端与第一微处理器U3的38脚R-PC7端相连；第一插接口JP2的4端与第一微处理器U3的40脚R-PC9端相连；第一插接口JP2的5端与数字电源DVCC、第一插接口JP2的7端相连；第一插接口JP2的6端与第一微处理器U3的37脚R-PC6端相连；第一插接口JP2的8端与第一插接口JP2的10端、数字地DGND相连；第一插接口JP2的9端与+5V相连；所述供电电源模块包括供电电源电路、电量检测电路、+5V电源转换电路、数字电源转换电路、模拟电源转换电路、电子调速器供电接口电路、状态指示电路和滤波抗干扰电路；所述供电电源电路包括第五T型接口JP7、第六T型接口JP13、第一拨动开关JP6、第二拨动开关JP10、第三发光二极管DS3、第四发光二极管DS4、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一电容C27、第二十八电容C28、第二十九电容C29、第二电容C32、第三十三电容C33和第三十四电容C34；第五T型接口JP7的V端与第一拨动开关JP6的1端相连；第五T型接口JP7的G端与电源地PGND相连；第一电容C27的正极与第一拨动开关JP6的2端、第二十八电容C28的一端、第二十九电容C29的一端相连并输出第一驱动电源PVCC1，负极与第二十八电容C28的另一端、第二十九电容C29的另一端相连并接电源地PGND；第六T型接口JP13的V端与第二拨动开关JP10的1端相连；第六T型接口JP13的G端与电源地PGND相连；第二电容C32的正极与第二拨动开关JP10的2端、第三十三电容C33的一端、第三十四电容C34的一端相连并输出第二驱动电源PVCC2，负极与第三十三电容C33的另一端、第三十四电容C34的另一端相连并接电源地PGND；第十九电阻R19的一端与第一驱动电源PVCC1相连，另一端与第三发光二极管DS3的正极相连，第三发光二极管DS3的负极与电源地PGND相连；第二十电阻R20的一端与第二驱动电源PVCC2相连，另一端与第四发光二极管DS4的正极相连，第四发光二极管DS4的负极与电源地PGND相连；所述电量检测电路包括第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三十六电阻R36和第三十七电阻R37；第二十九电阻R29一端与第一驱动电源PVCC1相连，另一端与第一微处理器U3的20脚VBAT-CH1端、第三十六电阻R36的一端相连；第三十电阻R30一端与第二驱动电源PVCC2相连，另一端与第一微处理器U3的14脚VBAT-CH2端、第三十七电阻R37的一端相连；第三十六电阻R36的另一端与模拟地AGND相连；第三十七电阻R37的另一端与模拟地AGND相连；所述+5V电源转换电路包括第一开关型电源转换芯片U4、第一肖特基整流管D1、第一稳流电感L1、第七电阻R7、第九电阻R9、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13和第十四电容C14；第一开关型电源转换芯片U4的1脚+VIN端与第十一电容C11的一端、第十四电容C14的一端相连并接第一驱动电源PVCC1；第一开关型电源转换芯片U4的3脚GND端与第十一电容C11的另一端、第十四电容C14的另一端、第一开关型电源转换芯片U4的5脚/OFF端、第一肖特基整流管D1的正极、第十二电容C12的负极、第十三电容C13的一端、第九电阻R9的一端相连并接电源地PGND；第一肖特基整流管D1的负极与第一开关型电源转换芯片U4的2脚OUT端、第一稳流电感L1的一端相连；第一稳流电感L1的另一端与第十二电容C12的正极、第十三电容C13的另一端、第七电阻R7的一端相连并输出+5V；第七电阻R7的另一端与第一开关型电源转换芯片U4的4脚FB端、第九电阻R9的另一端相连；所述第一开关型电源转换芯片U4的型号是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管D1的型号是SS34；所述数字电源转换电路包括第一线性电压调节芯片U1、第一电容C1、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第三电阻R3；第一线性电压调节芯片U1的VIN端与第一电容C1的正极、第三电容C3的一端相连并接+5V；第一线性电压调节芯片U1的GND端与第一电容C1的负极、第三电容C3的另一端、第四电容C4的一端、第五电容C5的一端相连并接数字地DGND；第一线性电压调节芯片U1的VOUT端与第四电容C4的另一端、第五电容C5的另一端相连并输出数字电源DVCC；所述模拟电源转换电路包括第二线性电压调节芯片U2、第二电容C2、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第二电阻R2；第二线性电压调节芯片U2的VIN端与第二电容C2 的正极、第六电容C6的一端相连并接+5V；第二线性电压调节芯片U2的GND端与第二电容C2 的负极、第六电容C6的另一端、第七电容C7的一端、第八电容C8的一端相连并接数字地DGND；第二线性电压调节芯片U2的VOUT端与第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端相连并输出模拟电源AVCC；第二电阻R2的一端与电源地PGND相连，另一端与模拟地AGND相连；所述第一线性电压调节芯片U1和第二线性电压调节芯片U2的型号均是LM1117-3.3；所述电子调速器供电接口电路包括第一T型接口JP4、第二T型接口JP8、第三T型接口JP11和第四T型接口JP14；第一T型接口JP4的V端与第一驱动电源PVCC1相连；第一T型接口JP4的G端与电源地PGND相连；第二T型接口JP8的V端与第一驱动电源PVCC1相连；第二T型接口JP8的G端与电源地PGND相连；第三T型接口JP11的V端与第二驱动电源PVCC2相连；第三T型接口JP11的G端与电源地PGND相连；第四T型接口JP14的V端与第二驱动电源PVCC2相连；第四T型接口JP14的G端与电源地PGND相连；所述状态指示电路包括第一蜂鸣器LS1、第一三极管Q1、第一发光二极管DS1、第二发光二极管DS2、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第十四电阻R14；第一蜂鸣器LS1的正极与数字电源DVCC相连，负极与第一三极管Q1的集电极相连；第十四电阻R14的一端与第一三极管Q1的基极相连，另一端与第一微处理器U3的41脚BELL1端相连；第一三极管Q1的射极与数字地DGND相连；第十一电阻R11的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一发光二极管DS1的正极相连；第一发光二极管DS1的负极与第一微处理器U3的54脚LED1端相连；第十二电阻R12的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第二发光二极管DS2的正极相连；第二发光二极管DS2的负极与第一微处理器U3的53脚LED2端相连；所述滤波抗干扰电路包括第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十四电容C24、第二十五电容C25和第二十六电容C26；第十七电容C17的一端与第十八电容C18的一端、第十九电容C19的一端、第二十电容C20的一端、第二十一电容C21的一端相连并接数字电源DVCC，另一端与第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端、第二十一电容C21的另一端相连并接数字地DGND；第二十四电容C24的一端与第二十五电容C25的一端、第二十六电容C26的一端相连并接模拟电源AVCC，另一端与第二十五电容C25的另一端、第二十六电容C26的另一端相连并接模拟地AGND。