【巡检无人机硬件的选用分析案例1900字】

巡检无人机硬件的选用分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u13580巡检无人机硬件的选用分析案例 1325611.1飞控板的设计 1136871.2遥控器的选取 26911.3机架的选取 3671.4动力系统的获取 4无人机的主要硬件分为飞控板[14]、遥控器、机架、动力系统等模块。主控板为整个飞机的大脑，承担主要的数据读取、数据运算、数据输出与模块控制。遥控器为无人机的主要信息接受渠道。电源、电调、电机桨叶构成无人机的动力系统。1.1飞控板的设计本系统中主控MCU选用STM32F4系列单片机，其内核为Cortex™-M4，在外接8Mhz晶振时，其主频最高为168Mhz。此款单片机为意法半导体的中低端产品，采用了90nm的制作工艺，集成了浮点单元控制器，可以实现浮点数的计算。Stm32f4系列单片机具有192KB的SARM，具有多达1MB的flash。单片机工作电压为1.8v到1.6v，具有多达82个标准GPIO，4个USART与2个UART，支持RS485与RS232通信，56个可独立输出的PWM通道。图1.2为单片机外观图。图1.2STM32F4单片机图1.3为巡检无人的飞控板，主控上集成了STM32F407VG6单片机、MPU6050陀螺仪传感器、AK8975磁力计芯片、MS5611气压传感器。通过排针引出了单片机的串口一、串口三、IIC、1.3v与5v供电，为外接模块提供了足够的接口，搭载了一个microusb接口，可以实现供电与isp程序下载[15]。图1.3巡检无人机飞行控制板1.2遥控器的选取遥控器是无人机被控制的关键设备，只有稳定的控制才能保证巡检无人机的正常工作，遥控器选择主要有以下两种方式：（1）采用单片机开源遥控器[16]，如图1.4为开源遥控器，其主控MCU为STC公司的STC15单片机，使用2.4G无线模块作为数据收发功能，2.4GHz是世界上公开使用的无线频段，在这个频段下，设备过于繁多，干扰较大，在不另外配置天线的情况下，只有50m到100m的遥控距离。开源遥控器依赖用户编写程序或者直接使用开源的程序，遥控器的控制效果取决于用户的编程水平，可能会有未知因素对控制结果产生影响。无人机造价昂贵，需要稳定的控制信号，所以，STC开源遥控器不适合本课题。图1.4STC15开源遥控器（2）采用某品牌AT10商用遥控器，图1.5为AT10商用遥控器与接收机实物图。AT10使用12V电池供电，兼容性强，具有十二个通道，使用DSSS&FHSS混合双频，7dBi低噪声高增益发射天线，可以实现在复杂环境4KM的遥控距离。在本课题中，AT10具有以下实用点：①具有优秀的稳定性，在高压强磁环境中仍能正常使用。②遥控距离达标，可以实现更远距离的高空作业。③具有电压回传，低压报警的功能，使得作业更加安全。图1.5某品牌AT10商用遥控器1.3机架的选取巡检无人机应当具有合适的尺寸，图1.6为无人机机架图片，与无人机尺寸直接关系的为机架的轴距，符合本课题设计主要有330MM、380MM、450MM、500MM轴距机架，更小轴距的机架在作业过程具有更好的灵活性，但是载重能力较差并且稳定性较差，在调整PID参数也要花费更多的精力。更大轴距的机架则有更强的带载能力与更稳定的控制性能，灵活性稍差但是大轴距机架在PID调参时更快捷。综合考虑，本课题采用轴距为450MM的机架为主要的开发平台[17]。图1.6450MM轴距碳纤维机架1.4动力系统的获取巡检无人机在运行过程中，功率较高，因此需要稳定的大功率电源供电[18]，在本课题中选用动力电池供电，动力电池具有安全高效、电压平稳、故障率低等优点。图1.7为某品牌动力电池，标准电压为12V，拥有高达25C的放电倍率，持续放电电流高达50A，可以满足飞机长达15min的空中续航。图1.7某品牌2200mah动力电池电机为无人机的升力来源，通常分为空心杯有刷电机与无刷电机，如图1.8、1.9所示，空心杯[19]电机的体积小与质量较小，便于集成在小型无人机上，通常使用减速组来增加一些拉力。无刷电机动力强，耗电量大，但是性能强劲，需要较大且较为结实的机架[20]，目前的主流飞行器中，大多数多轴飞行器仍采用无刷电机作为动力来源。结合本课题的需求，巡检无人机需要部分负重能力搭载必要的设备诸如图像传输模块等，因此选用负载能力较大的无刷电机作为无人机的升力来源。图1.8空心杯无刷电机图1.9三相无刷电机在本课题中使用无刷电机作为升力来源，无刷电机需要通过对应的电子调速器[21]电路对其进行驱动和控制，电调是驱动无刷电机用的电子调速器，根据控制信号调节电机的转速，在与飞控板连接的过程中，一般情况下，电调的供电由电池提供，三条负载输出线与三相电机相连，单片机的信号接在飞控板上。在本课题中，使用的某品牌30A电调，瞬时电流可以达到40A，实物图如图1.10所示。在飞控通过电调控制无刷电机转速的过程中，通常是使用占空比10%~20%的PWM波，通过不同的占空比可以实现对电机的无级调速，具有很好的线性稳定性。图1.10某品牌30A电调无刷电机与桨叶作为飞行器的共同组合，是飞行器升力的直接来源，无刷电机通常与桨叶搭配选型，电机有一个很重要的性能参数就是KV值，KV值代表每升高一个单位的电压，转数提高相应的单位，例如KV1100,在1V的电压下空转转速是1100转每分钟。10V的电压下是11000转每分钟的