本发明涉及电子电气教学领域，尤其涉及一种自动化控制教学的开放式四轴飞行器教学用平台。
背景技术：
随着电子科学技术的发展，人工智能获得长足发展。近年来基于arduino、arm、树莓派、51单片机为控制中心的自动化教学获得了蓬勃发展，勿论是幼儿启蒙还是高等教育等均越来越频繁的涉及到相关领域，尤其是高等教育的理工类教学。同时随着无人机在军、民用的应用范围不断扩大，为满足人们需求和适应新的发展趋势，关于无人机的飞行控制和功能应用也越来越受到重视。
一般按照正常的电子电气科学自动化控制教学规律，会优先选择最简单的范例进行教学，然后逐步增加控制或功能器件，最终完成复杂整体的认知，由简入繁。现阶段在售的无人机大部分是完整组装好的，或者已经设计好，只需人们自行简单组装便可使用，并不适合进行自动化控制和无人机的教学。通过我们教学意识到，最好有一种开放式的无人机平台，首先能够提供基本的飞行功能，然后可以随着教学深入，逐步安装各种功能模块。比如可以更换各种控制模块，实现不同芯片对无人机的控制；通过安装或者移除各种通讯模块，实现对无人机手柄遥控，电脑遥控，手机遥控，wifi遥控等的通讯教学；又比如可以按需求将功能模块类似于红外遥控、图像拍摄、视频回传、红外测距、温度测量、超声波、显示模块等等组装进去，不需要时移除，不仅可以完成此类功能学习，还可以进行多种模块联合工作的设计和学习等。在此基础上，降低了智能无人机的复杂程度，降低了成本，适用于教学需要。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，针对存在的问题，提供一种开放式的四轴飞行器无人机平台，可方便实现控制和功能模块的增加或移除，适合教学需要，帮助实现由简入繁的无人机和自动化控制的教学。
本发明提供如下技术方案：一种开放式教学用四轴飞行器平台，包括四轴飞行器机架、主安装板、底安装板、扩展安装板；
所述四轴飞行器机架中心有一正方形通孔，所述正方形通孔顶角处各有一圆形通孔，螺旋桨电机导线端口为杜邦线公接线端子；
所述主安装板为三层结构，从上往下依次为第一杜邦线母接线端子排、第一特制面包板、第一方形电路板，所述第一杜邦线母接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第一特制面包板上组成类似正方形围墙结构；所述第一特制面包板上分布有第一插孔区、第二插孔区、第三插孔区、第四插孔区，所述第一插孔区与第二插孔区通过第一螺纹通孔区隔开，所述第二插孔区与第三插孔区通过第一竖长凹槽隔开，所述第三插孔区与第四插孔区通过第二螺纹通孔区隔开；所述第一方形电路板四角处均开有通孔，内部开有2列通孔，其与所述第一杜邦线母接线端子排对齐的位置处开有四排插线通孔，所述四排插线通孔首尾相接，组成正方形边的形状；
所述底安装板为两层结构，从上往下依次为第一杜邦线公接线端子排、第二特制面包板，所述第一杜邦线公接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第二特制面包板顶面上组成一类似正方形围墙结构；所述第二特制面包板中心区域为通孔阵列区域，所述第二特制面包板底部面上的通孔阵列区域以外分布着插孔；
所述扩展安装板为四层结构，从上往下依次为第二杜邦线母接线端子排，第三特制面包板，第二方形电路板、第二杜邦线公接线端子排，所述第二杜邦线母接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第三特制面包板顶面组成一类似正方形围墙结构；所述第三特制面包板顶面上分布有第五插孔区、第六插孔区、第七插孔区、第八插孔区，所述第五插孔区与第六插孔区被第一螺纹孔区隔开，所述第六插孔区与第七插孔区被第二竖长凹槽隔开，所述第七插孔区与第八插孔区被第二螺纹孔区隔开，另有第三第四螺纹孔区分布在所述第三特制面包板顶面的两侧；所述第二方形电路板四角处均开有通孔，对齐所述第二杜邦线母接线端子排位置处均开有插线通孔；所述第二杜邦线公接线端子排有四排，首尾相接，在所述第二方形电路板底面上组成一类似正方形围墙结构。
优选的，所述第一螺纹通孔区、第二螺纹通孔区均有7个螺纹通孔排成一列；第一螺纹孔区、第二螺纹孔区均有7个螺纹孔排成一列；所述第三螺纹孔区、第四螺纹孔区均有9个螺纹孔排成一列；所述第一方形电路板内部开有的2列通孔，每列各有7个通孔，位置分别与所述第一螺纹通孔区、第二螺纹通孔区的螺纹孔对准。
优选的，所述第二特制面包板的通孔阵列区域，开有5排5列螺纹通孔。
优选的，所述第二杜邦线母接线端子排与第二杜邦线公接线端子排，接线端子数量一样，在扩展安装板上下相同位置对齐安装，同时与所述第二方形电路板上的插线通孔对齐，并用导线在所述第二方形电路板的插线通孔内将每对上下对齐的公端子和母端子相连。
优选的，如果要实现的功能较少，所述扩展安装板可以不使用，如果要实现的功能较多，所述扩展安装板可以有多个。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将上述部分组装后，提供了一种开放式的四轴飞行器平台，可根据教学需要，将每个功能模块单独安装至该平台上进行学习与测试，完成基本的飞行控制教学，继而逐步增加模块，实现多种模块联合控制和工作，帮助实现由简入繁的无人机自动化控制的教学。
附图说明
图1为根据本发明实施例的四轴飞行器平台的结构分解立体视图；
图2为根据本发明实施例的四轴飞行器平台安装后的整体图；
图3为根据本发明实施例的四轴飞行器平台的机架立体视图；
图4为根据本发明实施例的主安装板正面立体视图；
图5为根据本发明实施例的主安装板背面立体视图；
图6为根据本发明实施例的底安装板正面立体视图；
图7为根据本发明实施例的底安装板背面立体视图；
图8为根据本发明实施例的扩展安装板正面立体视图；
图9为根据本发明实施例的扩展安装板背面立体视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明，其中，在各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的实施例中，所述的“上”方向与四轴飞行器飞行上升的方向一致，所述的“下”方向与四轴飞行器飞行下落的方向一致，例如，对于机架1，螺旋桨1e处于上方，螺旋桨下的电机1e的底部处在其下方向，螺旋桨1e处于机架正面或顶面，电机1e的底部处于机架背面或底面。
图1为根据本发明实施例的四轴飞行器结构分解立体视图，整体构成包括机架1，主安装板2，底安装板3，扩展安装板4。使用时将机架1，主安装板2，底安装板3，扩展安装板4安装组合，安装后的整体图如图2所示。然后放置所需要的控制和功能模块，扩展安装板4可视需要选择使用或者不用。
图3为根据本发明实施例的四轴飞行器机架立体视图，机架中心有一正方形通孔1a，正方形通孔顶角处各有一圆形通孔1b，机架螺旋桨1e的电机1d的导线端口为杜邦线公接线端子1c。
图4和图5为根据本发明实施例主安装板2正面和背面立体视图，主安装板包括方形电路板2a（所述第一方形电路板），特制面包板2b（所述第一特制面包板），杜邦线母接线端子排2c（所述第一杜邦线母接线端子排）。方形电路板2a四角处均开有3.5mm直径通孔2d，用于与机架1的固定。特制面包板2b上分布有两片螺纹通孔区2e1（所述第一螺纹通孔区）、2e2（所述第二螺纹通孔区），每个通孔区均有一排3mm直径螺纹通孔2e，每排七个。面包板上有四片插孔区域分别为2f1（所述第一插孔区）、2f2（所述第二插孔区）、2f3（所述第三插孔区）、2f4（所述第四插孔区），上面布满插孔2f1，每片插孔区中的每一列孔均按照图中aa’线方向在面包板底部用金属条导线连接，每片插孔区域的插孔都是独立的，即各区域之间的插孔在面包板内无金属条连接。插孔区域2f2、2f3通过凹槽2g（所述第一竖长凹槽）分隔，临近凹槽2g两侧的两排插孔支持双列直插式封装（dip）的集成电路安装。杜邦线母接线端子排2c一共四排，首尾相接，在特制面包板2b上围成一类似正方形围墙结构，杜邦线母接线端子排上分布有插孔2f2。方形电路板2a上有2列通孔，每列有7个，它们与特制面包板2b上的螺纹通孔区2e1、2e2上的螺纹通孔分别对齐，共同组成螺纹通孔2e。所有螺纹孔2e均为内嵌的金属螺纹孔，用于各种模块及相关部件的固定等。方形电路板2a另有四排插线通孔2f3，首尾相接，构成一类似正方形边的形状。插孔2f2、2f3、以及面包板2b上对应的插孔，三者对齐安装，并内部相连，组成两端都可以进行插接的端子排，即端子公接头既可以从主安装板上面的杜邦线母接线端子排2c的插孔2f2插入，也可以重主安装板下面方形电路板的插孔2f3插入。
可以将arduino、arm、树莓派、51单片机等控制芯片做为控制中心装入主安装板2内并固定，通过杜邦线与主安装板2进行连接；同时将各种功能模块安装至2内，通过杜邦线与主安装板2上的插孔和控制中心相连。
将主安装板2安装到机架1上时，通过螺栓将主安装板2上的通孔2d和机架1上的通孔1b固定到一起实现安装，将螺旋桨电机的杜邦接线端子1c插入主安装板2上的插孔2f1或者2f2内，实现与其它模块相连。
图6和7分别为根据为根据本发明实施例的底安装板3正面和底面立体视图，底安装板主要由特制面包板3a（所述第二特制面包板），和杜邦线公接线端子排3b（所述第一杜邦线公接线端子排）组成。杜邦线公接线端子排3b有4排，四排首尾相接，在底安装板上表面围成一类似正方形围墙结构，安装时插入到主安装板下面插孔2f3内。特制面包板3a中心为螺纹通孔阵列区，拥有5排5列3mm直径螺纹通孔3d，所有螺纹孔3d均为内嵌的金属螺纹孔，用于在四轴飞行器底部安装固定功能模块、电源等。底安装板下表面通孔阵列区的外围为插孔区域，上面布满插孔3c，用来进行各功能模块的线路辅助连接等。插孔区域内不同方向的每一列插孔分别沿图中所示a1a1’，a2a2’，a3a3’，a4a4’在底部用金属条导线联通，同时每一个金属条导线均对齐3b中的一个杜邦线公接线端子，并通过导线与其连接。
图8和9分别为根据本发明实施例的扩展安装板4正面和底面立体视图，当需要安装更多控制模块时，可在主安装板2的上方安装扩展板4来扩展四轴飞行器的空间和功能。扩展安装板4包括方形电路板4a（所述第二方形电路板），特制面包板4b（所述第三特制面包板），杜邦线母接线端子排4c（所述第二杜邦线母接线端子排），杜邦线公接线端子4h组成（所述第二杜邦线公接线端子排）。方形电路板4a四角处均开有3.5mm直径通孔4d，用于与主安装板2的固定。特制面包板4b上分布有4处螺纹孔区，分别为4e1（所述第三螺纹孔区）、4e2（所述第一螺纹孔区），4e3（所述第二螺纹通孔区），4e4（所述第四螺纹通孔区）。4e1、4e4区域各有一排3mm直径螺纹孔4e，每排9个；4e2、4e3区域各有一排3mm直径螺纹孔4e，每排7个。所有螺纹孔4e均为内嵌的金属螺纹孔，它们用于各种模块及相关部件的固定等。面包板上有四片插孔区域，分别为4f1（所述第五插孔区）、4f2（所述第六插孔区）、4f3（所述第七插孔区）、4f4（所述第八插孔区），上面布满插孔4f1，每片插孔区中的每一列插孔均按照图中b1b1’线方向在底部用金属条导线连接，各个插孔区域之间是相互独立的。插孔区域4f2、4f3通过凹槽4g（所述第二竖长凹槽）分隔，临近凹槽4g两侧的两排插孔支持双列直插式封装（dip）的集成电路安装。
杜邦线母接线端子排4c一共有四排，这四排首尾相接，在面包板4b上表面围成一类似正方形围墙结构。杜邦线公接线端子排4h一共四排，首尾相接，在方形电路板4a的下表面围成一类似正方形围墙结构。4h的每个端子、4c内部的每个插孔4f2、面包板4b上对应位置的插孔，这三者相互对齐安装，并用导线在内部相连。扩展板4安装时可将杜邦线公接线端子排4h的公端子插入主安装板2的杜邦线母接线端子排2c的插孔2f2中，也可以用杜邦线将它们连接。
详细的四轴飞行器安装、电路原理、程序控制等不再赘述，具有相关知识背景的读者将比较容易通过图中所示理解工作原理。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
1.一种开放式教学用四轴飞行器平台，包括四轴飞行器机架、主安装板、底安装板、扩展安装板；
所述四轴飞行器机架中心有一正方形通孔，所述正方形通孔顶角处各有一圆形通孔，螺旋桨电机导线端口为杜邦线公接线端子；
所述主安装板为三层结构，从上往下依次为第一杜邦线母接线端子排、第一特制面包板、第一方形电路板，所述第一杜邦线母接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第一特制面包板上组成类似正方形围墙结构；所述第一特制面包板上分布有第一插孔区、第二插孔区、第三插孔区、第四插孔区，所述第一插孔区与第二插孔区通过第一螺纹通孔区隔开，所述第二插孔区与第三插孔区通过第一竖长凹槽隔开，所述第三插孔区与第四插孔区通过第二螺纹通孔区隔开；所述第一方形电路板四角处均开有通孔，内部开有2列通孔，其与所述第一杜邦线母接线端子排对齐的位置处开有四排插线通孔，所述四排插线通孔首尾相接，组成正方形边的形状；
所述底安装板为两层结构，从上往下依次为第一杜邦线公接线端子排、第二特制面包板，所述第一杜邦线公接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第二特制面包板顶面上组成一类似正方形围墙结构；所述第二特制面包板中心区域为通孔阵列区域，所述第二特制面包板底部面上的通孔阵列区域以外分布着插孔；
所述扩展安装板为四层结构，从上往下依次为第二杜邦线母接线端子排，第三特制面包板，第二方形电路板、第二杜邦线公接线端子排，所述第二杜邦线母接线端子排共有四排，首尾相接，在所述第三特制面包板顶面组成一类似正方形围墙结构；所述第三特制面包板顶面上分布有第五插孔区、第六插孔区、第七插孔区、第八插孔区，所述第五插孔区与第六插孔区被第一螺纹孔区隔开，所述第六插孔区与第七插孔区被第二竖长凹槽隔开，所述第七插孔区与第八插孔区被第二螺纹孔区隔开，另有第三第四螺纹孔区分布在所述第三特制面包板顶面的两侧；所述第二方形电路板四角处均开有通孔，对齐所述第二杜邦线母接线端子排位置处均开有插线通孔；所述第二杜邦线公接线端子排有四排，首尾相接，在所述第二方形电路板底面上组成一类似正方形围墙结构。
2.根据权利要求1所述的一种开放式教学用四轴飞行器平台，其特征在于：所述第一螺纹通孔区、第二螺纹通孔区均有7个螺纹通孔排成一列；第一螺纹孔区、第二螺纹孔区均有7个螺纹孔排成一列；所述第三螺纹孔区、第四螺纹孔区均有9个螺纹孔排成一列；所述第一方形电路板内部开有的2列通孔，每列各有7个通孔，位置分别与所述第一螺纹通孔区、第二螺纹通孔区的螺纹孔对准。
3.根据权利要求1所述的一种开放式教学用四轴飞行器平台，其特征在于：所述第二特制面包板的通孔阵列区域，开有5排5列螺纹通孔。
4.根据权利要求1所述的一种开放式教学用四轴飞行器平台，其特征在于：所述第二杜邦线母接线端子排与第二杜邦线公接线端子排，接线端子数量一样，在扩展安装板上下相同位置对齐安装，同时与所述第二方形电路板上的插线通孔对齐，并用导线在所述第二方形电路板的插线通孔内将每对上下对齐的公端子和母端子相连。
5.根据权利要求1所述的一种开放式教学用四轴飞行器平台，其特征在于：如果要实现的功能较少，所述扩展安装板可以不使用，如果要实现的功能较多，所述扩展安装板可以有多个。
技术总结