本實(shí)用新型涉及一種無人機(jī)及其飛行控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近些年，隨著無人機(jī)應(yīng)用的普及，對(duì)無人機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力及避障的要求越來越高，而無人機(jī)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確避障的前提是能夠穩(wěn)定定高?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般采用以下三種方式實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定高：(1)通過氣壓計(jì)獲得無人機(jī)的高度信息，無人機(jī)根據(jù)該高度信息實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定高，由于氣壓還與溫度及濕度有關(guān)，因此該高度信息精確度很低，該方法常使得無人機(jī)飛行不穩(wěn)定；(2)通過GPS(全球定位系統(tǒng))提供無人機(jī)垂直地面方向的高度信息和速度信息，該高度信息同樣誤差較大，且該方法不能檢測(cè)無人機(jī)距離運(yùn)動(dòng)中的障礙物的高度信息，使得無人機(jī)不能避開運(yùn)動(dòng)中的障礙物；(3)通過Z軸加速度計(jì)獲得高度信息計(jì)算復(fù)雜，且有積分誤差?？梢姮F(xiàn)有技術(shù)的方法不能有效地實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高，也就不能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的準(zhǔn)確避障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的無人機(jī)的不能穩(wěn)定定高，從而不能準(zhǔn)確避障的缺陷，提供一種無人機(jī)及其飛行控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題：

一種無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于，所述飛行控制系統(tǒng)包括飛行控制單元、傳輸單元和至少一紅外測(cè)距傳感器，所述飛行控制單元與所述傳輸單元通信連接；

所述紅外測(cè)距傳感器包括紅外發(fā)射單元、紅外接收單元和處理器，所述紅外發(fā)射單元和所述紅外接收單元均與所述處理器電連接，所述處理器還與所述傳輸單元通信連接；

所述處理器用于發(fā)送控制指令至所述紅外發(fā)射單元，所述紅外發(fā)射單元用于在接收到所述控制指令時(shí)向外發(fā)射第一紅外信號(hào)，所述紅外接收單元用于在接收到經(jīng)障礙物反射回的第二紅外信號(hào)時(shí)發(fā)送時(shí)間信息至所述處理器，所述處理器用于生成所述無人機(jī)距離所述障礙物的距離信息并通過所述傳輸單元將所述距離信息發(fā)送至所述飛行控制單元，所述飛行控制單元用于生成控制所述無人機(jī)飛行的飛行指令。

較佳地，所述飛行控制系統(tǒng)還包括電源和穩(wěn)壓器，所述穩(wěn)壓器的輸入端與所述電源的供電端電連接，輸出端分別與所述飛行控制單元和所述處理器電連接。

較佳地，所述紅外發(fā)射單元包括依次電連接的紅外發(fā)光二級(jí)管、光源驅(qū)動(dòng)器和振蕩器，所述振蕩器還與所述處理器電連接；

所述控制指令為直流電信號(hào)，所述處理器用于將所述直流電信號(hào)發(fā)送至所述振蕩器，所述振蕩器用于輸出交流電信號(hào)至所述光源驅(qū)動(dòng)器，所述光源驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)所述紅外發(fā)光二級(jí)管向外發(fā)射第一紅外信號(hào)。

較佳地，所述紅外接收單元包括依次電連接的光電二極管、放大器、帶通濾波器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與所述處理器電連接；

所述光電二極管用于將接收到的所述第二紅外信號(hào)發(fā)送至所述放大器，所述放大器用于對(duì)所述第二紅外信號(hào)進(jìn)行放大并發(fā)送至帶通濾波器，所述帶通濾波器用于對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波并發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成所述時(shí)間信息并將所述時(shí)間信息發(fā)送至所述處理器。

較佳地，所述飛行控制系統(tǒng)還包括氣壓計(jì)，與所述飛行控制單元電連接；

和/或，所述飛行控制系統(tǒng)還包括GPS，與所述飛行控制單元電連接；

和/或，所述飛行控制系統(tǒng)還包括Z軸加速度計(jì)，與所述飛行控制單元電連接。

較佳地，所述飛行控制單元通過UART(通用異步收發(fā)傳輸器)接口或PWM(脈沖寬度調(diào)制)接口與所述傳輸單元通信連接。

較佳地，所述紅外測(cè)距傳感器的數(shù)量為5個(gè)，一個(gè)紅外測(cè)距傳感器設(shè)置于所述無人機(jī)的底部，四個(gè)紅外測(cè)距傳感器等間距設(shè)置于所述無人機(jī)的側(cè)面。

較佳地，所述光源驅(qū)動(dòng)器為LED(發(fā)光二極管)光源驅(qū)動(dòng)器或紅外激光驅(qū)動(dòng)器。

本實(shí)用新型還提供一種無人機(jī)，其特點(diǎn)在于，所述無人機(jī)包括如上所述的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于：本實(shí)用新型中紅外測(cè)距傳感器能準(zhǔn)確測(cè)得無人機(jī)距離靜止或運(yùn)動(dòng)的障礙物的距離信息，飛行控制單元?jiǎng)t可根據(jù)該距離信息生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中紅外發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中紅外接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，但并不因此將本實(shí)用新型限制在所述的實(shí)施例范圍之中。

如圖1-3所示，本實(shí)施例的無人機(jī)的飛行控制系統(tǒng)包括飛行控制單元1、傳輸單元2和至少一紅外測(cè)距傳感器3，飛行控制單元1與傳輸單元2通信連接，具體的，飛行控制單元可通過UART接口或PWM接口與傳輸單元通信連接。紅外測(cè)距傳感器3包括紅外發(fā)射單元31、紅外接收單元32和處理器33，紅外發(fā)射單元31和紅外接收單元32均與處理器33電連接，處理器33還與傳輸單元2通信連接。處理器用于發(fā)送控制指令至紅外發(fā)射單元，紅外發(fā)射單元用于在接收到控制指令時(shí)向外發(fā)射第一紅外信號(hào)，紅外接收單元用于在接收到經(jīng)障礙物反射回的第二紅外信號(hào)時(shí)發(fā)送時(shí)間信息至處理器，也即紅外發(fā)射單元發(fā)射第一紅外信號(hào)與紅外接收單元接收到第二紅外信號(hào)會(huì)有一個(gè)時(shí)間差，紅外發(fā)射單元根據(jù)該時(shí)間差計(jì)算出時(shí)間信息。其中，時(shí)間信息根據(jù)第一紅外信號(hào)(也即發(fā)射的紅外光)和第二紅外信號(hào)(接收到的紅外光)的相位差得到，具體公式如下：

D＝c/2f(N+ΔN)＝λ/2(N+ΔN)＝u(N+ΔN)

u＝λ/2(稱為電子尺)

其中，N是整周未知數(shù)

處理器則根據(jù)該時(shí)間信息生成無人機(jī)距離障礙物的距離信息并通過傳輸單元將距離信息發(fā)送至飛行控制單元，飛行控制單元?jiǎng)t可根據(jù)該距離信息生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

需要說明的是，紅外測(cè)距傳感器的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求自行設(shè)置，本實(shí)施例中設(shè)為5個(gè)，其中一個(gè)紅外測(cè)距傳感器設(shè)置于無人機(jī)的底部，另外四個(gè)紅外測(cè)距傳感器等間距設(shè)置于無人機(jī)的側(cè)面，以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對(duì)飛行環(huán)境的全面檢測(cè)，提高避障的準(zhǔn)確性。

本實(shí)施中，飛行控制系統(tǒng)還包括電源4和穩(wěn)壓器5，穩(wěn)壓器5的輸入端與電源4的供電端電連接，輸出端分別與飛行控制單元1和處理器33電連接，穩(wěn)壓器為飛行控制單元和處理器提供穩(wěn)定的電壓，以滿足其工作需求。

如圖2所示，本實(shí)施例的紅外發(fā)射單元包括依次電連接的紅外發(fā)光二級(jí)管311、光源驅(qū)動(dòng)器312和振蕩器313。如圖3所示，本實(shí)施例的紅外接收單元包括依次電連接的光電二極管321、放大器322、帶通濾波器323和模數(shù)轉(zhuǎn)換器324。振蕩器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器還與處理器電連接。本實(shí)施例中，控制指令為直流電信號(hào)，處理器將直流電信號(hào)(由穩(wěn)壓器提供)發(fā)送至振蕩器，振蕩器輸出交流電信號(hào)至光源驅(qū)動(dòng)器，光源驅(qū)動(dòng)器則可驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二級(jí)管向外發(fā)射第一紅外信號(hào)。光電二極管將接收到的第二紅外信號(hào)(也即第一紅外信號(hào)經(jīng)過障礙物反射至光電二極管的紅外信息)發(fā)送至放大器，放大器對(duì)第二紅外信號(hào)進(jìn)行放大并發(fā)送至帶通濾波器，帶通濾波器用于對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波并發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間信息并將時(shí)間信息發(fā)送至處理器。其中，光源驅(qū)動(dòng)器可以為LED光源驅(qū)動(dòng)器或紅外激光驅(qū)動(dòng)器。通過紅外激光驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二級(jí)管向外發(fā)射的第一紅外信號(hào)屬于低功率激光(波長在850nm左右)，不僅對(duì)人眼和人體沒有傷害，且測(cè)距距離更長(可達(dá)14m-15m)、精度更高(5m內(nèi)精度2％，5-10m精度3％，10m-15m精度4％)、噪聲更小、更加穩(wěn)定、抗干擾性更強(qiáng)。

本實(shí)施例中，飛行控制系統(tǒng)還可包括氣壓計(jì)6、GPS7、Z軸加速度計(jì)8，均與飛行控制單元1電連接。則飛行控制單元可將紅外測(cè)距傳感器、氣壓計(jì)、GPS、Z軸加速度計(jì)獲得的數(shù)據(jù)中的兩種或多種進(jìn)行融合以生成控制無人機(jī)飛行的飛行指令，以進(jìn)一步提高無人機(jī)的穩(wěn)定定高及準(zhǔn)確避障。

本實(shí)施例還包括一種無人機(jī)，無人機(jī)包括本實(shí)施例中的飛行控制系統(tǒng)。

雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這僅是舉例說明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。