一种自供能芯片-飞控-机身一体化集成的微型无人机

本技术实施例涉及微型无人机，特别涉及一种自供能芯片-飞控-机身一体化集成的微型无人机。

背景技术：

1、与传统无人机相比，太阳能无人机的能源供应方式主要为太阳能电池和储能电池相结合的方式，因此太阳能无人机具有能量容易获取、飞行距离远、可长时间持续工作等优点。在目前的国内外研究中，微型太阳能无人机凭借体积小、重量轻、机动性强等优点，在环境监测、电力巡检、应急救灾等任务中发挥了巨大作用。

2、然而，本技术的发明人发现，业内较成熟的微型无人机，自供能芯片、飞控模块与机身通常是分体化设计的，三者相互独立地配合工作，因总体布局设计困难、布线复杂等限制而无法实现一体化集成。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种自供能芯片、飞控系统与机身一体化集成的微型无人机，实现了微型无人机的自供能，在提高微型无人机的集成度的同时实现了微型无人机轻量化、微型化，降低了微型无人机的整体功耗，并且提高了微型无人机的稳定性与可靠性。

2、为解决上述技术问题，本技术的实施例提供了一种自供能芯片-飞控-机身一体化集成的微型无人机，包括：一体化集成的pcb板(printed circuit board，印制电路板)、太阳能电池板、储能电池、电机、机翼和支撑排针，所述pcb板中集成有自供能芯片和飞控模块；所述pcb板作为所述微型无人机的机身，所述储能电池固定在所述pcb板上，所述太阳能电池板通过所述支撑排针与所述储能电池固定连接，所述储能电池和所述太阳能电池板均与所述pcb板建立有电连接，若干个所述电机均匀设置在所述pcb板的边缘，所述机翼安装在所述电机的顶部；所述自供能芯片用于监测所述储能电池的电量，在所述储能电池的电量小于第一预设阈值时，启动所述太阳能电池板，控制所述太阳能电池板采集周围环境的光能并转化为电能为所述储能电池充电，直至所述储能电池的充电电压与放电电压之间的差值大于第二预设阈值时关闭所述太阳能电池板；所述飞控模块用于驱动所述电机和所述机翼的转动，并通过控制所述电机和所述机翼的转动速度来控制所述微型无人机的飞行。

3、本技术的实施例提供的一种自供能芯片-飞控-机身一体化集成的微型无人机，自供能芯片和飞控模块集成至同一块一体化集成的pcb板中，避免了使用传统的低集成度的多板分立结构，满足了微型无人机的高效俘能、自供能需求，并且降低了整机重量。一体化集成的pcb板作为机身主体结构，省去了冗余的机架结构，充分利用现有空间，实现了微型无人机的轻量化、微型化。自供能芯片实时监测储能电池的电量，当储能电池电量不足时，自动进行高效俘能与无人机的充放电切换，以实现微型无人机的长时间自持工作。整个微型无人机各部分高效配合工作，各个软硬件之间有机结合、相互配合，内部传输损耗低，很好地提升了微型无人机的整体性能，降低了微型无人机的整体功耗，并且提高了微型无人机的稳定性与可靠性，保证微型无人机在各种环境下均可以稳定地、高质量地工作。

4、在一些可选的实施例中，所述pcb板中还集成有若干个可编程感知模块，各所述可编程感知模块均支持被编程为所述微型无人机的目标任务所需的感知模块，用于感知和捕获所述目标任务所需的信息。可编程感知模块的设置为微型无人机提供了二次集成任务所需模块的条件，使得微型无人机能够适配多场景下的不同任务，大幅扩展了微型无人机的应用。

5、在一些可选的实施例中，所述自供能芯片、所述飞控模块和各所述可编程感知模块，通过同源共向布局设计、参数匹配设计、以及板内多区域信号隔离设计，集成于所述pcb板中。同源共向布局设计、参数匹配设计、以及板内多区域信号隔离设计，提高了多模组之间的电磁抗干扰性，进一步提升了微型无人机可靠性和稳定性。

6、在一些可选的实施例中，所述pcb板中还集成有无线通信模块，所述可编程感知模块被编程为图像感知模块和音频感知模块；所述图像感知模块用于采集所述微型无人机周围环境的图像信息，并将所述图像信息通过所述无线通信模块发送至所述微型无人机的操控方；所述音频感知模块用于采集所述微型无人机周围环境的音频信息，并将所述音频信息通过所述无线通信模块发送至所述微型无人机的操控方。可编程感知模块被编程为图像感知模块和音频感知模块，使得微型无人机获得了拍摄能力和录音能力，以适用于需要进行高空拍摄和高空录音的任务。

7、在一些可选的实施例中，所述自供能芯片包含电压监测模块和mppt(maximumpower point tracking，最大功率点跟踪)模块；所述电压监测模块用于实时监测所述储能电池的电量、充电电压和放电电压，在监测到所述储能电池的电量小于第一预设阈值时，启动所述太阳能电池板，控制所述太阳能电池板采集周围环境的光能并转化为电能为所述储能电池充电，直至监测到所述储能电池的充电电压与放电电压之间的差值大于第二预设阈值时关闭所述太阳能电池板；所述mppt模块用于在所述太阳能电池板工作时，实时监测所述太阳能电池板的输出电压，基于所述太阳能电池板的输出电压调整所述太阳能电池板的等效负载，使所述太阳能电池板始终以最大功率进行输出。mppt模块的设置实现了对太阳能电池板最大功率点的实时追踪，提高了太阳能的利用率，从而实现更好的自主俘能。

8、在一些可选的实施例中，所述pcb板设计为有具四个角的机身形状，所述电机和所述机翼的数量均为四个，所述pcb板的四个角均设置有圆孔结构，每个所述圆孔结构上均安装有一个所述电机，每个所述电机的顶部均安装有一个所述机翼；各所述圆孔结构的周边电路中均设置有用于调控pwm波(pulse width modulation wave，脉冲宽度调制)的mos管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、滤波电容、以及用于防止电流倒流的二极管。mos管、滤波电容、以及二极管可以辅助飞控模块对电机进行控制，更好地保证微型无人机的飞行稳定、平衡，实现无人机的定高悬停以及飞行方向的控制。

9、在一些可选的实施例中，所述pcb板中还集成有能源管理模块，所述能源管理模块由电压管理芯片和若干个ldo(low dropout regulaor，低压差线性稳压器)组成，所述微型无人机中的每个用电模块和用电设备均对应一个所述ldo；所述电压管理芯片用于根据所述用电模块和用电设备的用电需求，通过所述用电模块和用电设备对应的ldo对所述储能电池输出的电压进行调节，并将调节后的电压提供给对应的用电模块和用电设备。电压管理芯片和各ldo能够使储能电池输出的电压升降至各用电模块和用电设备的最佳电压，这在降低功耗的同时保证了电压的稳定，实现各用电模块和用电设备的低功耗稳定供电。

10、在一些可选的实施例中，所述主控芯片中集成有自供能算法、飞行控制算法和能源管理算法；所述主控芯片用于调用所述自供能算法控制所述自供能芯片的工作、调用所述飞行控制算法控制所述飞控模块的工作、以及调用所述能源管理算法控制所述能源管理模块的工作。自供能算法、飞行控制算法和能源管理算法在软件层面进行一体化集成设计，采用动态规划提高微型无人机的整体性能，使其主控芯片得以高效运行，并降低主控芯片的功耗，进一步提升了微型无人机的稳定性与可靠性。

11、在一些可选的实施例中，所述pcb板上还安装有九轴陀螺仪传感器和气压温湿度计；所述九轴陀螺仪传感器用于获取所述微型无人机自身的位姿信息，并将所述位姿信息通过所述无线通信模块发送至所述微型无人机的操控方；所述气压温湿度计用于获取所述微型无人机周围环境的气压、温度和湿度信息，并将所述气压、温度和湿度信息通过所述无线通信模块发送至所述微型无人机的操控方。九轴陀螺仪传感器和气压温湿度计的设置，能够很好地获取微型无人机飞行时的位姿信息，以及周围环境的气压、温度和湿度信息，结合这些信息更加准确地控制微型无人机的飞行高度，更好地进行微型无人机的悬停控制与自主飞行控制。

12、在一些可选的实施例中，所述支撑排针的数量为两个，包括第一支撑排针和第二支撑排针，每个所述支撑排针均设置有间距为2mm、高度为50mm的8根排针；所述第一支撑排针支撑连接在所述太阳能电池板的第一端与所述储能电池的第一端之间，所述第二支撑排针支撑连接在所述太阳能电池板的第二端与所述储能电池的第二端之间。