一種基于msp430f5310單片機的微型四旋翼飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及飛行器技術(shù)，特別是一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器。它包括機身、控制電路、電機、旋翼，所述的電機及旋翼各為四個，分別設(shè)于機身的四角，所述的機身為PCB電路板制成，所述的控制電路直接安裝于PCB電路板上。本發(fā)明的單片機采用MSP430F5310單片機，運行電流僅有195uA，能有效降低功耗；機身僅有10cm*10cm大小，且有凹槽，掛架等設(shè)計便于使用和功能擴展。單片機與數(shù)字陀螺及加速度計，JTAG調(diào)試接口等通過信號線連接，構(gòu)成本發(fā)明的控制系統(tǒng)。而無線通信模式的多樣也更加方便了調(diào)試。本發(fā)明在實踐中取得了較好的效果，能較好的飛行，使用，且續(xù)航能力較好。
【專利說明】[0001] -種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及飛行器，特別是一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器。

【背景技術(shù)】
[0003] 四旋翼飛行器，即在飛行器的機身中間部分延伸出四個臂，各個臂的末端分別安 裝電機與旋翼的飛行器。與傳統(tǒng)的直升機不同，其四個旋翼不是共軸的，而是在不同的四個 軸上，故也稱作四軸飛行器。四旋翼飛行器的優(yōu)點在于，由于有四個不共軸的旋翼，所以在 力學上可以提供的動力驅(qū)動方式很多。只需要更改四個旋翼的轉(zhuǎn)速，即可很方便的讓飛行 器做出上升，下降，俯仰，滾轉(zhuǎn)等動作。也就是說，其靈活性非常好，力學結(jié)構(gòu)與分析簡單。
[0004] 例如，要完成"俯沖"的動作，對于四旋翼飛行器，只需要減少前面兩個電機的轉(zhuǎn) 速，同時加大后面兩個電機的轉(zhuǎn)速即可。無需像傳統(tǒng)的直升機一樣，還需要條件后面的平衡 尾翼，以及各種機械結(jié)構(gòu)。而由于力學特性較好，所以四旋翼飛行器的機械結(jié)構(gòu)可以做的比 較簡單，只需要機身中央延伸出四臂，再加上電機和旋翼即可。實際上，最早的四旋翼飛行 器可以追溯到1907年，法國的Breguet制作的"旋翼機一號"。之后各國科學家都有研究。 之所以沒有大規(guī)模應用，主要是受制于當時的微處理器的發(fā)展。
[0005] 而進入1960s年代以后，隨著微處理器技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展，微處理器已經(jīng)能夠?qū)?于飛行的姿態(tài)數(shù)據(jù)進行及時的解算，并準確的控制電機進行反饋，所以，四旋翼飛行器再度 進入了人們的視野。從2004年開始，以國防科大，哈工大為代表的國內(nèi)科研界對于四旋翼 飛行器做了很多的建模與研究工作，而四旋翼飛行器在航拍，研究等工作中的應用也日益 廣泛。而由于微處理器的進一步soc化，以及姿態(tài)傳感器（陀螺，加速度計等）的MEMS技術(shù) 的大規(guī)模應用，整個四旋翼飛行器的電路已經(jīng)可以集成到很小的PCB板上，因而，近年來微 型四旋翼飛行器也得到了較大的發(fā)展。
[0006] 而當前的微型四旋翼飛行器主要有以下一些缺點：1.處理器部分功耗較大；2.體 積較大；3.外形上不盡合理，缺乏增加掛載外設(shè)能力與利于人手握持的設(shè)計；4.機身設(shè)計 不夠簡潔，且缺少加固設(shè)計；5.無線通信方式單一，不利于調(diào)試，使用以及教學類應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行 器。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過如下途徑實現(xiàn)的：一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋 翼飛行器，它包括機身、控制電路、電機、旋翼，所述的電機及旋翼各為四個，分別設(shè)于機身 的四角，所述的機身為PCB電路板制成，所述的控制電路直接安裝于PCB電路板上；控制電 路包括型號為MSP430F5310的單片機，該單片機分別連接數(shù)字陀螺及加速度計、四個M0S管 電機驅(qū)動電路及電源芯片，電源芯片與鋰電池連接，四個M0S管電機驅(qū)動電路分別對應連 接一電機。
[0009] 作為本方案的進一步優(yōu)化，所述的機身為正方形，其四個角上設(shè)有突出的半圓加 固區(qū)，機身的四邊分別設(shè)有一凹槽，兩側(cè)的凹槽上設(shè)有掛架。
[0010] 作為本方案的進一步優(yōu)化，所述的單片機還連接有JTAG調(diào)試接口。
[0011] 作為本方案的進一步優(yōu)化，所述的單片機還連接有無線通信接口。
[0012] 本發(fā)明一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，使用的MSP430F5310 單片機是TI公司最新推出的超低功耗單片機，該單片機在3v供電時全速運行電流195uA， 待機電流僅有〇. 18uA，且功能強大；本發(fā)明的機身由核心電路PCB板直接切割產(chǎn)生，各個相 關(guān)電子部分模塊均采用直接焊接的形式進行安裝(如JTAG接口，數(shù)字陀螺儀加速度計等）； 本發(fā)明的機身外形設(shè)計充分考慮了掛載外設(shè)與人性化的需求，不僅設(shè)有掛架，而且有凹槽 便于握持，有加固區(qū)對機身進行加固；本發(fā)明的通信接口可以兼容普通的2. 4G通信與藍牙 通信，從而能多元化的調(diào)試與使用。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，存在如下優(yōu)點：1.功耗較低，尤其是控制器部分，MSP430F5310 單片機是超低功耗級別的；2.外形較小，僅有10cm*10cm大小；3.機身部分直接用PCB制 作，堅固輕便，加固區(qū)使得機身更穩(wěn)固，而凹槽能方便使用中的握持，掛架可以方便的掛載 電池，微型攝像頭等外設(shè)；4.通信部分兼容普通的2. 4G通信與藍牙通信，可以使用智能手 機控制，方便使用與調(diào)試。
[0014] 總之，本發(fā)明功耗較低(使用了 MSP430F5310超低功耗單片機)，外形較小且有很多 人性化的設(shè)計，而無線通信模式的多樣也更加方便了調(diào)試，在實踐中取得了較好的效果。功 耗低，續(xù)航能力強，外形小巧，掛載外設(shè)能力強，控制方式多樣，能較好的飛行，使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明： 圖1為本發(fā)明外觀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明控制電路結(jié)構(gòu)方框示意圖； 圖中，1、電機；2、機身；3、單片機；4、數(shù)字陀螺及加速度計；5、JTAG調(diào)試接口；6、M0S管 電機驅(qū)動電路；7、電源芯片；8、鋰電池；9、凹槽；10、掛架；11、半圓加固區(qū)；12、無線通信接 口；13、旋翼。

【具體實施方式】
[0016] 如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，它包 括機身2、控制電路、電機1、旋翼13,所述的電機1及旋翼13各為四個，分別設(shè)于機身2的 四角，所述的機身2為PCB電路板切割制成，機身2為正方形，半圓加固區(qū)11分布于機身2 的四角，由機身2的PCB電路板直接切割產(chǎn)生，呈現(xiàn)圓弧狀，可以有效起到加固機身，強化機 身與四臂的連接的作用；機身2的四邊分別設(shè)有一凹槽9,也是由機身的PCB電路板直接切 割產(chǎn)生，兩側(cè)的凹槽9上設(shè)有掛架10。可以用于掛載電池，以及攝像頭等外接模塊。實際使 用中，使用者可以用手指抓住凹槽9部分，從而能方便的握持本發(fā)明；在需要掛載微型攝像 頭等外設(shè)時，可以用綁帶綁到掛架10上面，從而能較為靈活的添加外設(shè)；而半圓加固區(qū)11 能使得機身2更加的輕便堅固。
[0017] 所述的控制電路直接焊接安裝于PCB電路板上；控制電路包括型號為 MSP430F5310的單片機3,該單片機3分別連接數(shù)字陀螺及加速度計4、四個M0S管電機驅(qū)動 電路6及電源芯片7,電源芯片7與鋰電池8連接，四個M0S管電機驅(qū)動電路6分別對應連 接一電機1。
[0018] 所述的單片機3還連接有JTAG調(diào)試接口 5及無線通信接口 12,無線通信接口 12 可以兼容普通2. 4G通信芯片與藍牙通信，便于調(diào)試和使用；實際使用中，通過JATG調(diào)試接 口 5將程序下載進入MSP430F5310單片機3中，插上鋰電池8,然后使用無線通信接口 12連 接的2. 4G航模遙控器進行操作，即可控制本發(fā)明進行飛行。又由于本發(fā)明的無線通信接口 12兼容藍牙通信，所以也可以通過智能手機來進行控制。
[0019] 飛行的過程中，數(shù)字陀螺及加速度計4不斷采集當前飛行器的姿態(tài)信息(包括三 軸角速度，三軸加速度等)，并傳遞到單片機3中，MSP430F5310單片機通過四元數(shù)算法等數(shù) 字信號處理程序，將姿態(tài)信息解算并耦合到機體坐標系，再結(jié)合遙控器的數(shù)據(jù)，即可計算出 當前旋翼13和電機1應該進行的動作。通過M0S管電機驅(qū)動6,將此信息傳遞到旋翼13和 電機1，即可不斷進行姿態(tài)修正，從而穩(wěn)定的飛行。
[0020] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或 替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書所限 定的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，它包括機身（2)、控制電路、電 機（1)、旋翼（13)，所述的電機（1)及旋翼（13)各為四個，分別設(shè)于機身（2)的四角，其特征 在于：所述的機身（2)為PCB電路板制成，所述的控制電路直接安裝于PCB電路板上；控制 電路包括型號為MSP430F5310的單片機（3)，該單片機（3)分別連接數(shù)字陀螺及加速度計 (4)、四個MOS管電機驅(qū)動電路（6)及電源芯片（7)，電源芯片（7)與鋰電池（8)連接，四個 MOS管電機驅(qū)動電路（6 )分別對應連接一電機（1)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，其特征在 于：所述的機身（2)為正方形，其四個角上設(shè)有突出的半圓加固區(qū)（11)，機身（2)的四邊分 別設(shè)有一凹槽（9)，兩側(cè)的凹槽（9)上設(shè)有掛架（10)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，其特征在 于：所述的單片機（3)還連接有JTAG調(diào)試接口（5)。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于MSP430F5310單片機的微型四旋翼飛行器，其特征在 于：所述的單片機（3)還連接有無線通信接口（12)。
【文檔編號】G05B19/042GK104111615SQ201410383309
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】黃和悅 申請人:黃和悅