本實用新型涉及自動控制領域的無人機系統(tǒng)方向，特別涉及一種無人機。

背景技術：

無人機現(xiàn)被廣泛用于消費級市場的航拍，以及專業(yè)級市場的救災支援、電力巡檢、科學測繪及植保等等應用。目前，大多數(shù)無人機系統(tǒng)在各組成子系統(tǒng)之間主要采用傳統(tǒng)的串口通信的方式，即以飛控系統(tǒng)為中心，通過串口連接云臺系統(tǒng)、電調動力系統(tǒng)(Electronic Speed Control，ESC)等；但串口通信的方式在全系統(tǒng)抗干擾、多冗余、可擴展的可靠安全需求上存在缺陷，具有嚴重安全隱患。

隨著時間的推移，也出現(xiàn)了基于控制器局域網絡(Controller Area Network，CAN)總線的無人機系統(tǒng)解決方案，但這類CAN總線的無人機方案基本都是重點考慮無人機的飛控系統(tǒng)與傳感器、ESC之間采用CAN總線連接，并沒有考慮無人機多飛控系統(tǒng)的冗余需求以及對云臺等必不可少的無人機子系統(tǒng)的全包含，即無人機中的云臺等系統(tǒng)并不是通過CAN總線連接的。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實用新型提供了一種無人機，以解決現(xiàn)有CAN總線方案無法實現(xiàn)無人機多飛控系統(tǒng)間的冗余控制的問題。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

本實用新型提供了一種無人機，包括：多個飛控處理器、掛載器件、第一CAN總線和第二CAN總線，每個飛控處理器的結構相同；

多個飛控處理器分別連接到第一CAN總線上，第一CAN總線構成多個飛控處理器的數(shù)據通路；

每個飛控處理器還連接到第二CAN總線上，第二CAN總線上還連接所述掛載器件，第二CAN總線構成多個飛控處理器和掛載器件的控制通路。

本實用新型的有益效果是：本實用新型通過設計兩條CAN總線，使其中一條CAN總線作為多個飛控處理器的數(shù)據交換通路，實現(xiàn)多個飛控處理器的冗余控制，使另一條CAN總線作為多個飛控處理器與掛載器件的數(shù)據交互通路，實現(xiàn)飛控處理器對掛載器件的冗余控制。

本實用新型通過兩條CAN總線實現(xiàn)了無人機的全CAN總線連接方案，保證無人機整個系統(tǒng)的可擴展性、抗干擾性的同時，還具有多冗余優(yōu)勢，進一步保證整個無人機的可靠性和安全性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的無人機結構框圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。

傳統(tǒng)的串口通訊方案具有明顯的缺點：點對點的連接方式，可擴展性差；通信速度慢，例如較高的波特率115200，通訊速率約為10Kbit/s；串口協(xié)議簡單，但其接口參數(shù)項繁多，每個參數(shù)項的參數(shù)個數(shù)又各不相同，如果丟失某設備的參數(shù)組合，則很難通過窮舉找到合適的組合；串口通信采用TTL電平表示邏輯狀態(tài)，抗干擾特性差。

由于串口通訊方案具有上述缺點，因此，在無人機采用串口通信方案時，無法保證整個無人機的可擴展性、多冗余和抗干擾性。

與串口通信作對比，CAN總線通信具有下述優(yōu)勢：

1、廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，采用對通信的數(shù)據塊進行編碼，進而可以支持多主工作方式。

CAN總線上的節(jié)點不區(qū)分主從，理論上節(jié)點數(shù)可達無限，實際應用中可達110個；CAN總線采用非破壞性仲裁技術，當2個節(jié)點或以上同時向CAN總線上發(fā)送數(shù)據時，根據優(yōu)先權逐位仲裁方式獲得發(fā)送權，其它節(jié)點主動停止發(fā)送，有效避免了CAN總線上的沖突。

2、數(shù)據傳輸性能良好。

采用短幀結構，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8，數(shù)據傳輸時間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送時間短；CAN節(jié)點在嚴重錯誤情況下，具有自動關閉總線功能，切斷與總線的聯(lián)系，從而保證總線不受影響；CAN總線可以點對點、一點對多點及全局廣播方式傳送和接收數(shù)據；CAN總線傳輸距離最遠可達10Km，通訊速率最高達到1Mbit/s；CAN總線采用差分信號傳輸，同時進行不歸零碼方式編碼/解碼，以及加入了位填充技術，增強了抗干擾能力及可靠性。

雖然，目前也出現(xiàn)了基于CAN總線的無人機系統(tǒng)解決方案，但這類CAN總線的無人機方案并未實現(xiàn)無人機全系統(tǒng)的CAN總線連接，并未實現(xiàn)多飛控系統(tǒng)的冗余控制。

基于上述情況，本實用新型的設計構思是：設計兩條CAN總線，使其中一條CAN總線作為多個飛控處理器的數(shù)據通路，另一條CAN總線作為多個飛控處理器與掛載器件的數(shù)據通路，實現(xiàn)無人機全系統(tǒng)的CAN總線方案，保證無人機全系統(tǒng)的可擴展性、抗干擾特性的同時，還具有多冗余優(yōu)勢進一步保證整個無人機全系統(tǒng)的可靠安全性。

圖1為本實用新型實施例提供的無人機結構框圖，如圖1所示，該無人機包括多個飛控處理器、掛載器件、第一CAN總線和第二CAN總線，每個飛控處理器的結構相同；

多個飛控處理器分別連接到第一CAN總線上，即每個飛控處理器分別作為第一CAN總線上的一個節(jié)點，實現(xiàn)多個飛控處理器在第一CAN總線上的并行連接，第一CAN總線構成多個飛控處理器的數(shù)據通路；每個飛控處理器還連接到第二CAN總線上，第二CAN總線上還連接掛載器件，第二CAN總線構成多個飛控處理器和掛載器件的控制通路。

本實施例通過設計兩條CAN總線，使其中一條CAN總線作為多個飛控處理器的數(shù)據通路，從而實現(xiàn)多個飛控處理器的冗余控制，使另一條CAN總線作為多個飛控處理器與掛載器件的數(shù)據通路，實現(xiàn)無人機各系統(tǒng)的全CAN總線連接，保證無人機全系統(tǒng)的可擴展性、抗干擾性的同時，還具有多冗余優(yōu)勢，進一步保證整個無人機的可靠性和安全性。

為保證無人機的多個飛控處理器的冗余控制，本實施例中的無人機包括兩個以上的飛控處理器。

其中，多個飛控處理器中的一個飛控處理器為主飛控處理器，其他飛控處理器為冗余飛控處理器，主飛控處理器與冗余飛控處理器并行控制，在控制過程中，只有主飛控處理器通過第二CAN總線向掛載器件發(fā)送控制命令控制相應的掛載器件，無人機中的主飛控處理器的優(yōu)先權高于冗余飛控處理器，且每個冗余飛控處理器的優(yōu)先權并不相同，有高低之分；當主飛控處理器出現(xiàn)故障時，主飛控處理器向第一CAN總線廣播其控制失效信息，冗余飛控處理器通過第一CAN總線獲取當前主飛控處理器廣播的控制失效信息時，冗余飛控處理器中優(yōu)先權最高的冗余飛控處理器接管無人機，繼續(xù)控制無人機，保證無人機的正常飛行。

本實施例中的每個飛控處理器包括控制芯片以及與控制芯片電連接的傳感器模組；每個飛控處理器的傳感器模組感應無人機的飛行狀態(tài)并生成感應數(shù)據發(fā)送給該飛控處理器的控制芯片；每個飛控處理器的控制芯片根據來自其傳感器模組感的感應數(shù)據生成無人機狀態(tài)估計數(shù)據，并通過第一CAN總線與其他飛控處理器進行無人機狀態(tài)估計數(shù)據交換，實現(xiàn)無人機的數(shù)據冗余。

為使每個飛控處理器生成的無人機狀態(tài)估計數(shù)據更為準確，每個飛控處理器還包括與其控制芯片電連接的濾波器，該濾波器對控制芯片生成的無人機狀態(tài)估計數(shù)據進行濾波處理，例如濾除各種噪聲的影響，得到濾波后的無人機狀態(tài)估計數(shù)據。

如圖1所示，每個飛控處理器還包括與其控制芯片電連接的第一接口和第二接口；每個飛控處理器的第一接口與第一CAN總線連接，每個飛控處理器的第二接口與第二CAN總線連接。

在本實施例的一個實現(xiàn)方案中，傳感器模組包括地磁模塊、陀螺儀、加速度傳感器和氣壓計，其中，地磁模塊用于測量航向角信息，陀螺儀用于測量角速率信息，加速度傳感器用于測量加速度信息，氣壓計用于測量高度信息。

每個飛控處理器的控制芯片根據來自其傳感器模組中的地磁模塊、陀螺儀、加速度傳感器和氣壓計感的相應的感應數(shù)據生成無人機狀態(tài)估計數(shù)據，該無人機狀態(tài)估計數(shù)據包括俯仰數(shù)據、滾轉數(shù)據、偏航數(shù)據、速度數(shù)據和位置數(shù)據等。

在本實現(xiàn)方案中，每個飛控處理器還包括與其控制芯片電連接的GPS定位模塊，通過GPS定位模塊進行室外位置信息的采集。

參考圖1，在本實現(xiàn)方案中，掛載器件包括：ESC系統(tǒng)、云臺系統(tǒng)、指示燈、起落架、無線電控制系統(tǒng)(RC系統(tǒng))和光流室內定位系統(tǒng)、視覺避障系統(tǒng)中的一種或多種；其中，ESC系統(tǒng)即電調控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電機的直接控制，完成主飛控處理器對電機控制的執(zhí)行工作；云臺系統(tǒng)作為無人機較為重要的一個掛載器件，實現(xiàn)無人機飛行過程中對相機的增穩(wěn)；指示燈通常為RGB指示燈，通過豐富的組合完成無人機當前狀態(tài)信息的提示工作；起落架完成無人機飛行過程中起落架的收放工作；RC系統(tǒng)實時傳輸遙控設備對無人機的各種遙控指令；光流系統(tǒng)主要完成無人機在室內無GPS信息情況下的定位工作。

圖1所示的無人機的工作過程如下：

無人機上電啟動后，無人機的各個器件都進行初始化，從多個飛控處理器中確認一個主飛控處理器，其余飛控處理器作為冗余飛控處理器。

完成初始化后，由主飛控處理器作為無人機的控制中樞，通過第二CAN總線與各掛載器件進行數(shù)據交互，完成對整個無人機的實時控制，而掛載在第二CAN總線上的各個冗余飛控處理器不向第二CAN總線發(fā)送任何數(shù)據，僅可以從第二CAN總線上獲取掛載器件反饋的信息；而在第一CAN總線上，各個飛控處理器在初始化后，實時通過第一CAN總線進行飛控數(shù)據的交換，判斷當前主飛控處理器的安全可靠性，當檢測出主飛控處理器故障時，如主飛控處理器的飛控數(shù)據異常、系統(tǒng)進程死鎖時，由優(yōu)先權最高的冗余飛控處理器作為新的主飛控處理器，新的主飛控處理器在第二CAN總線上與掛載器件進行數(shù)據交互，繼續(xù)對無人機進行控制，先前的主飛控處理器被標記為error，失去在第二CAN總線上發(fā)送數(shù)據的權限。

而在第二CAN總線上的各個掛載器件，在初始化完成運行后，通過第二CAN總線接收主飛控處理器發(fā)送的數(shù)據，執(zhí)行相應的功能，并向第二CAN總線反饋其當前的運行狀態(tài)及相應數(shù)據；示例性地，云臺系統(tǒng)可向第二CAN總線反饋云臺系統(tǒng)當前的姿態(tài)信息，ESC系統(tǒng)可向第二CAN總線反饋電機當前的工作狀態(tài)和轉速信息，RGB指示燈可向第二CAN總線反饋RGB指示燈當前的狀態(tài)指示信息，起落架可向第二CAN總線反饋起落架的收放信息，RC系統(tǒng)可向第二CAN總線反饋其模式、油門、速度等控制命令信息，光流室內定位系統(tǒng)可向第二CAN總線反饋無人機位置、高度信息；主飛控處理器或者各個冗余飛控處理器可以從第二CAN總線獲取上述掛載器件反饋的相關信息。

本實施例的無人機至少具有以下優(yōu)勢：

1、通過設計兩條CAN總線，使其中一條CAN總線作為多個飛控處理器的數(shù)據通路，另一條CAN總線作為多個飛控處理器與掛載器件的數(shù)據通路，實現(xiàn)無人機全系統(tǒng)的CAN總線方案，保證無人機全系統(tǒng)的可擴展性、抗干擾性的同時，還具有多冗余優(yōu)勢進一步保證整個無人機的可靠性和安全性。

2、通過設置每個飛控處理器具有相同的硬件結構并能夠通過第一CAN總線進行同步控制，使每個飛控處理器都可以獨立對飛行器進行控制，實現(xiàn)了全數(shù)據冗余，進一步提高了飛行器的安全性。

3、主飛控處理器與掛載器件通過第二CAN總線進行數(shù)據交互，飛控處理器之間通過第一CAN總線進行數(shù)據交互，有效地提高了數(shù)據的通訊效率，便于靈活地擴展飛控處理器和掛載器件。

為了便于清楚描述本實用新型實施例的技術方案，在實用新型的實施例中，采用了“第一”、“第二”等字樣對功能和作用基本相同的相同項或相似項進行區(qū)分，本領域技術人員可以理解“第一”、“第二”等字樣并不對數(shù)量和執(zhí)行次序進行限定。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，在本實用新型的上述教導下，本領域技術人員可以在上述實施例的基礎上進行其他的改進或變形。本領域技術人員應該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本實用新型的目的，本實用新型的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。