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飞行控制器控制M1M4四个电机的转速的变化,来实现升力大小的变化,进而控制飞行器的飞行速度、方向、高度等的变化,靠近待救人员。
通过飞行器上所搭载的热成像摄像机对救援水域进行扫描,并将图像传回救援人员手中,利用热成像技术快速锁定救援人员的位置,救援人员通过远程遥控给飞行器下达指令,使飞行器迅速降落在待救人员身边。同时,飞行器的M1M4电机将全部锁死,避免对待救人员造成伤害。此过程中,仰飞、悬停等特殊的动作是通过电调控制电机旋转的速度、力矩和方向所产生的差值来实现的2。降落到待救人员身边后,救援人员通过控制器控制尾部的螺旋桨进而驱动飞行器在水面上进行运动,靠近待救人员。在此过程中,由高清摄像机为操作者提供救援信息。待救人员爬上飞行器后,由感应装置反馈信息,操作人员控制飞行器将待救人员送至岸边,完成救援任务。
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3硬件电路设计
31方案设计
系统的整体方案如图2所示,操作人员通过RC控制器发出指令,指令经过无线传输发送到RC接收器,RC接收器将信号转发给飞行控制器STM32F407。飞行控制器对指令信息进行解读计算出每个电机应该有的速度,并将信息发送给ESC(电子调速器)。ESC将接收到的信号转换为电压,为电机供电。电机通电后产生所需的推力,按照操作指令移动飞行器。惯性测量单元IMU能够感知飞行器在空中的姿态,并将数据发送给飞行控制器。飞行控制器根据操作者指令以及IMU(以MPU6050为例)数据通过算法运算后控制飞行器稳定3。FPV系统中由热成像摄像机收集图像信息,通过视频发射器传输回来,运用图像识别技术对图像进行分析处理。并通过北斗或GPS系统及时确定无人机所处的位置4。
32飞行器硬件电路设计
321电源供电电路的设计
系统稳压供电电路选用的是33V电压供电,由1200W功率的锂电池输出111V经降压至5V后再由稳压芯片AMS111733V降至33V,输送给传感器、MPU6050以STM30F407飞控芯片、NRF2401、JTAGSWD调试接口如图3所示。
322无线通信电路的设计
系统的无线通信选用的是Nordic公司出品的NRF2401单片射频收发芯片,芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块。STM32飞控系统通过NRF2401发射或接收信号与外界保持联系并接受指令,如图3所示。
图像传输采用的是LC329模块,是一款为工业红外相机及无人机航拍图像传输所定制的基于WIFI无线图像传输模块。能够达到不损失画幅,不损失帧率的要求,支持STAAP传输,支持低功耗。
323电机r
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