基于贯流风机的自动导航飞行控制系统

摘要

本发明涉及一种基于贯流风机的自动导航飞行控制系统。本发明包括供电电源模块、微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、数字罗盘模块、无线数据收发模块、GPS定位导航模块、串口/SWD调试接口电路和信号输入/输出接口。机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、数字罗盘模块、GPS定位导航模块和无线数据收发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调试接口电路和机体状态指示电路提供工作电源。本发明集机身姿态控制、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. 基于贯流风机的自动导航飞行控制系统，包括供电电源模块、微处理器模块、机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、数字罗盘模块、无线数据收发模块、GPS定位导航模块、串口/SWD调试接口电路和信号输入/输出接口，其特征在于：机身姿态控制模块、飞行高度检测模块、数字罗盘模块、GPS定位导航模块和无线数据收发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调试接口电路和机体状态指示电路提供工作电源；所述供电电源模块包括+5V电源转换稳压电路、模拟电源转换稳压电路、数字电源转换稳压电路、电量检测电路、机体状态指示电路和滤波抗干扰电路；所述+5V电源转换电路包括第一开关型电源转换芯片U1、第一肖特基整流管D1、第一稳流电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12；第一开关型电源转换芯片U1的+VIN端与驱动电源PVCC相连；第一开关型电源转换芯片U1的GND与电源地PGND相连；第一开关型电源转换芯片U1的/OFF端与电源地PGND相连；第一肖特基整流管D1的一端与第一开关型电源转换芯片U1的OUT端相连，另一端与电源地PGND相连；第一稳流电感L1的一端与第一开关型电源转换芯片U1的OUT端相连，另一端与+5V相连；第一电阻R1一端与+5V相连，另一端与第一开关型电源转换芯片U1的FB端相连；第二电阻R2一端与电源地PGND相连，另一端与第一开关型电源转换芯片U1的FB端相连；第九电容R9一端与驱动电源PVCC相连，另一端与电源地PGND相连；第十电容R10一端与驱动电源PVCC相连，另一端与电源地PGND相连；第十一电容R11一端与+5V相连，另一端与电源地PGND相连；第十二电容R12一端与+5V相连，另一端与电源地PGND相连；所述第一开关型电源转换芯片U1的型号是LM2596-ADJ，第一肖特基整流管D1的型号是SS34；所述模拟电源转换电路包括第二线性电压调节芯片U3、第二电容C2、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第四电阻R4；第二线性电压调节芯片U3的VIN端与+5V相连；第二线性电压调节芯片U3的GND端与模拟地AGND相连；第二线性电压调节芯片U3的VOUT端与模拟电源AVCC相连；第二电容C2的正极与+5V相连，负极与模拟地AGND相连；第六电容C6的一端与+5V相连，另一端与模拟地AGND相连；第七电容C7的一端与模拟电源AVCC相连，另一端与模拟地AGND相连；第八电容C8的一端与模拟电源AVCC相连，另一端与模拟地AGND相连；第四电阻R4一端与电源地PGND相连，另一端与模拟地AGND相连；所述数字电源转换电路包括第一线性电压调节芯片U2、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U2的VIN端与+5V相连；第一线性电压调节芯片U2的GND端与数字地DGND相连；第一线性电压调节芯片U2的VOUT端与数字电源DVCC相连；第一电容C1的正极与+5V相连，负极与数字地DGND相连；第三电容C3的一端与+5V相连，另一端与数字地DGND相连；第四电容C4的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第五电容C5的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第三电阻R3的一端与电源地PGND相连，另一端与数字地DGND相连；所述第一线性电压调节芯片U2和第二线性电压调节芯片U3的型号是LM1117-3.3；所述电量检测电路包括第二十三电阻R23、第二十四电阻R24；第二十四电阻R24一端与驱动电源PVCC相连，另一端与第一微处理器U4的VBAT-CH端相连；第二十三电阻R23一端与第一微处理器U4的VBAT-CH端相连，另一端与电源地PGND相连；所述机体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、第三发光二极管DS3、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十四电阻R14；第一蜂鸣器的正极与模拟电源AVCC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U4的BELL端相连；第一三极管Q1的发射极与模拟地AGND相连；第十一电阻R11的一端与+5V电源相连，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的负极与电源地PGND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LED1端相连；第十三电阻R13的一端与模拟电源AVCC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的负极与第一微处理器U4的LED2端相连；所述第一三极管Q1的型号是8050；所述滤波抗干扰电路包括第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24和第二十五电容C25；第十八电容C18的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第十九电容C19的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十电容C20的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十电容C20的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十一电容C21的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十二电容C22的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十三电容C23的一端与模拟电源AVCC相连，另一端与模拟地AGND相连；第二十四电容C24的一端与模拟电源AVCC相连，另一端与模拟地AGND相连；第二十五电容C25的一端与模拟电源AVCC相连，另一端与模拟地AGND相连； 所述的微处理器模块包括第一微处理器U4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第一按键S1和第一备用电池BT1；第五电阻R5的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U4的NSRT相连；第七电阻R7的一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U4的BOOT1相连；第八电阻R8一端与数字地DGND相连，另一端与第一微处理器U4的BOOT0相连；第六电阻R6一端与第一微处理器U4的OSC-IN相连，另一端与第一微处理器U4的OSC-OUT相连；第十六电容C16一端与第一微处理器U4的OSC-OUT相连，另一端与数字地DGND相连；第十七电容C17一端与第一微处理器U4的OSC-IN相连，另一端与数字地DGND相连；第十五电容C15一端与第一微处理器U4的NSRT相连，另一端与数字地DGND相连；第十三电容C13一端与第一微处理器U4的OSC32-OUT相连，另一端与数字地GDND相连；第十四电容C14与第一微处理器U4的OSC32-IN相连，另一端与数字地DGND相连；第一晶振Y1一端与第一微处理器U4的OSC32-IN相连，另一端与第一微处理器U4的OSC32-OUT相连；第二晶振Y2一端与第一微处理器U4的OSC-IN相连，另一端与第一微处理器U4的OSC-OUT相连；第一按键S1一端与第一微处理器U4的NSRT相连，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U4的VBAT相连，另一端与数字地DGND相连；第一微处理器U4的VDD_1～VDD_4与数字电源DVCC相连；第一微处理器U4的VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一微处理器U4的VSSA端与模拟地AGND相连；第一微处理器U4的VSS_1～VSS_4端与数字地DGND相连；所述第一微处理器U4的型号是STM32F101RBT6；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U5、第二十六电容C26和第二十七电容C27；第一角速度检测单元U5的VDDIO端与数字电源DVCC相连；第一角速度检测单元U5的SCL/SPC端与第一微处理器U4的Gyro-SPC端相连；第一角速度检测单元U5的SDA/SDI/SDO端与第一微处理器U4的Gyro-SDI端相连；第一角速度检测单元U5的SDO/SA0端与第一微处理器U4的Gyro-SDO端相连；第一角速度检测单元U5的CS端与第一微处理器U4的Gyro-CS端相连；第一角速度检测单元U5的DR/INT2端与第一微处理器U4的Gyro-DR端相连；第一角速度检测单元U5的8～12号引脚为RESERVED端，与数字地DGND相连；第一角速度检测单元U5的GND端与数字地DGND相连；第一角速度检测单元U5的15号引脚为RESERVED端与数字电源DVCC相连；第一角速度检测单元U5的VDD端与数字电源DVCC相连；第二十六电容C26一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第二十七电容C27一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；所述第一角速度检测单元U5的型号是L3G4200D；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5V端与+5V电源相连；第一倾角加速度检测单元U6的GND端与模拟地AGND相连；第一倾角加速度检测单元U6的Xout端、Yout端和Zout端分别与第一微处理器U4的Acce-X、Acce-Y 和Acce-Z相连；第一倾角加速度检测单元U6的SL端与第一微处理器U4的Acce-GS2相连；第一倾角加速度检测单元U6的0G端与第一微处理器U4的Acce-0G相连；第一倾角加速度检测单元U6的ST端与第一微处理器U4的Acce-GS1相连；第一倾角加速度检测单元U6的GS端与第一微处理器U4的Acce-MODE相连；所述飞行高度检测模块包括第一数字气压传感器U7、第十五电阻R15和第十六电阻R16；第十五电阻R15一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一数字气压传感器U7的Altimeter-SDA相连；第十六电阻R16一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一数字气压传感器U7的Altimeter-SCL相连；第一数字气压传感器U7的GND端与数字地DGND相连；第一数字气压传感器U7的EOC端与第一微处理器U4的Altimeter-EOC相连；第一数字气压传感器U7的VDDA端与模拟电源AVCC相连；第一数字气压传感器U7的VDDD端与数字电源DVCC相连；第一数字气压传感器U7的XCLR端与第一微处理器U4的Altimeter-XCLR相连；第一数字气压传感器U7的NC端悬空；所述第一数字气压传感器U7的型号是BMP085；所述数字罗盘模块包括第一三轴数字磁阻传感器U8、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第二十九电容C29、第三十电容C30、第三十一电容C31和第三十二电容C32；第十七电阻的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U4的Cmps-SCL端相连；第十八电阻的一端与数字电源DVCC相连，另一端与第一微处理器U4的Cmps-SDA端相连；第二十九电容C29的一端与第一三轴数字磁阻传感器U8的SETP端相连，另一端与第一三轴数字磁阻传感器U8的SETC端相连；第三十电容C30的一端与第一三轴数字磁阻传感器U8的CI端相连，另一端与数字地相连；第三十一电容C31一端与第一三轴数字磁阻传感器U8的VDDIO相连，另一端与数字地DGND相连；第三十二电容C32的一端与第一三轴数字磁阻传感器U8的VDD相连，另一端与数字地DGND相连；第一三轴数字磁阻传感器U8的VDD端与数字电源DVCC相连；第一三轴数字磁阻传感器U8的VDDIO端与数字电源DVCC相连；第一三轴数字磁阻传感器U8的SI端与数字电源DVCC相连；第一三轴数字磁阻传感器U8的所有GND端都与数字地DGND相连；所述第一三轴数字磁阻传感器U8的型号是HMC5883L；所述GPS定位导航模块包括第一GPS集成芯片U9、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第三十三电容C33、第三十四电容C34、第三十五电容C35、第三十六电容C36、第三十七电容C37、第二电感L2、第三电感L3、第四发光二极管DS4、第二肖特基整流管D2、第三肖特基整流管D3、第二备用电池BT2和第一陶瓷天线E1；第十九电阻R19的一端与第一GPS集成芯片U9的PPS相连，另一端与第四发光二极管DS4相连；第四发光二极管DS4的一端与第十九电阻R19相连，另一端与数字地DGND相连；第二十电阻的一端与第一GPS集成芯片U9的TXA相连，另一端与第一微处理器U4的PA3端相连；第二十一电阻R21的一端与第一GPS集成芯片U9的DXA相连，另一端与第一微处理器U4的PA2端相连；第二十二电阻R22的一端与第二备用电池BT2的正极相连，另一端与第一GPS集成芯片U9的VBAT端相连；第三十三电容C33的一端与第一微处理器U4的PA3端相连，另一端与数字地DGND相连；第三十四电容的一端与第一微处理器U4的PA2端相连，另一端与数字地DGND相连；第三十五电容C35的一端与第一GPS集成芯片U9的VCC端相连，另一端与第二电感L2的一端相连；第二电感L2的一端与第三十五电容C35相连，另一端与数字地相连；第三十六电容C6的一端与第一GPS集成芯片U9的VCC端相连，另一端与第二电感L2的一端相连；第三电感L3的一端与第一GPS集成芯片U9的VCC端相连，另一端与数字电源DVCC相连；第三十七电容C37的一端与数字电源DVCC相连，另一端与数字地DGND相连；第一GPS集成芯片U9的RF_IN端与第一陶瓷天线E1相连；第一GPS集成芯片U9的所有GND端都与数字地DGND相连； 第二肖特基整流管D2的正极与第一GPS集成芯片U9的VBAT端相连，负极与第二备用电池BT2的正极相连；第二备用电池BT2的负极与数字地DGND相连；第三肖特基整流管D3的正极与第一GPS集成芯片U9的VBAT端相连，负极与第一GPS集成芯片U9的VCC端相连；第一GPS集成芯片U9的所有NC端全部悬空；所述第一GPS集成芯片U9的型号是VK2525；所述无线收发模块包括第一高速无线数据收发集成模块JP1；第一高速无线数据收发集成模块JP1的1端与数字地DGND相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的2端与数字电源DVCC相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的3端与第一微处理器U4的24L01-CE相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的4端与第一微处理器U4的24L01-CSN相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的5端与第一微处理器U4的24L01-SCK相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的6端与第一微处理器U4的24L01-MOSI相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的7端与第一微处理器U4的24L01-MISO相连；第一高速无线数据收发集成模块JP1的8端与第一微处理器U4的24L01-IRQ相连；所述第一高速无线数据收发集成模块JP1中的核心芯片型号是nRF24L01；所述串口/SWD调试接口电路包括第一串口调试接口JP2、第一SWD调试接口JP3；第一串口调试接口JP2的1端与+5V电源相连；第一串口调试接口JP2的2端与第一微处理器U4的UART1-TX端相连；第一串口调试接口JP2的3端与第一微处理器U4的UART1-RX端相连；第一串口调试接口JP2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JP3的2端与第一微处理器U4的SWDIO端相连；第一SWD调试接口JP3的3端与第一微处理器U4的SWDCLK端相连；第一SWD调试接口JP3的4端与数字地DGND相连；所述信号输入/输出接口包括遥控信号输入接口、四通道油门信号输出接口和功能转换按键电路；所述遥控信号输入接口包括第一遥控信号输入接口JP8；第一遥控信号输入接口JP8的1端与数字地DGND相连；第一遥控信号输入接口JP8的2端与+5V电源相连；第一遥控信号输入接口JP8的3端与第一微处理器U3的Rev-PPM相连； 所述四通道油门信号输出接口包括第一信号输出接口JP4、第二信号输出接口JP5、第三信号输出接口JP6和第四信号输出接口JP7；第一信号输出接口JP4的1端与第一微处理器U4的PWM-CH1相连；第二信号输出接口JP4的3端与电源地DGND相连；第二信号输出接口JP4的2端悬空；第二信号输出接口JP5的1端与第一微处理器U4的PWM-CH2相连；第二信号输出接口JP5的3端与电源地DGND相连；第二信号输出接口JP5的2端悬空；第三信号输出接口JP6的1端与第一微处理器U4的PWM-CH3相连；第三信号输出接口JP6的3端与电源地DGND相连；第三信号输出接口JP6的2端悬空；第四信号输出接口JP7的1端与第一微处理器U4的PWM-CH4相连；第四信号输出接口JP7的3端与电源地DGND相连；第四信号输出接口JP7的2端悬空；所述功能转换按键电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第二开关按键S2和第三开关按键S3；第九电阻R9的一端与第一微处理U4的KEY1端相连，另一端与第二按键S2相连；第二按键S2的一端与第九电阻R9相连，另一端与数字地DGND相连；第十电阻R10的一端与第一微处理U4的KEY2端相连，另一端与第三按键3相连；第三按键S3的一端与第十电阻R10相连，另一端与数字地DGND相连。