基于STM32四轴飞行器的设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
使 得 飞行 控制 系统 的设计 变 得非 常 困难 ； 再次 ， 利 用陀 螺仪 进行 物 体 姿 态 检 测 ， 需 要 进行 累计 误 差 的消除 ， 怎样 建立 误 差 模 型和 通 过 组 合 导航 修 正
能高。
方案四： 显 然这 种 结 构 在 强 度 上 完 全 能 满 足
第３ ０卷 第 ２期
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ２
钦
州
学
院
学
报
２ ０ １ ５年 ２月
Ｆ ｅ ｂ ． ， ２ ０１ ５
Ｊ ＯＵ Ｒ ＮＡ Ｌ ＯＦ ＱＩ Ｎ Ｚ ＨＯＵ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
基 于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ 四 轴 飞 行 器 的 设 计
综合考 虑 ， 本设 计采 用 的是方 案一 。
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ４— ０ ９—１ ０ ［ 基金项 目］钦 州学院校级立项项 目： 多 因素激励 下甘蔗收获机切割 系统振动性能 的研 究（ ２ ０ １ ４ Ｘ Ｊ Ｋ Ｙ 一 ２ ５ Ｂ） 。 ［ 作者简介 ］周建 阳（ １ ９ ８ ６一 ） ， 男， 湖南永州人 ， 钦州 学院物理 与电子工程学院助教。
器、 地磁传感器 、 气压传感器 为辅助器 件 ， 采用 融合滤 波算法对传 感器采 集的数据进 行滤波处理 ， 同时运用 Ｐ Ｉ Ｄ
算 法对飞机 飞行的控制进行 计算 ， 设计 了一个小 型遥 控式的 四轴飞行器。调试飞行表 明， 四轴飞行 器实 际飞行
时， 其 平 衡 度 难 以控 制 。
第２期
周建 阳 ， 陈家乐 ， 薛 斌 ， 刘 渊 ： 基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２四轴飞行 器 的设 计 件 模 块 和遥控 器硬 件模 块 。
１ ．wenku.baidu.com３ ． １ 飞 控 板 硬 件 模 块
３ １
口
图 １ 机械 结构 四 种 方 案
飞控 板硬 件 电路 结 构 示 意 图如 图 ３所 示 ， 在 此模 块 中包含 Ｎ Ｒ Ｆ ２ ４ Ｌ ０ １ 无 线 子 模块 、 供 电 电路 、 Ｇ Ｙ ８ ０传感 器接 口电路 、 蜂 鸣器 电路 。
周 建 阳 ，陈 家 乐 ，薛 斌 ，刘 渊
（ 钦 州学 院 物理 与 电子工 程学 院 ，广西 钦州 ５ ３ ５ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 四轴 飞行器作 为一个 小型飞行器 平 台， 其用途 非常广 泛， 该设计采用性价 比高、 片 内外设 丰富、
功能强大的 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２单 片机作为控制 系统 的核 心， 以Ｎ Ｒ Ｆ ２ ４ Ｌ ０ １无线模块 、 无刷 电子调速器 、 陀螺仪 、 加速度传 感
［ 关键 词］ 四轴飞行器 ； Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ ； 辅助 器件 ； 平衡度 ［ 中图分类号］ Ｖ ２ ４ ９ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号］ １ ６ ７ ３—８ ３ １ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２— ０ ０ ３ ０ —０ ４
四轴 飞行 器属 于 一 种 小 型飞 行 器 ， 具有 体 积 小、 飞行 速度 低 、 飞行 高度 低 、 飞行平 衡 、 灵 活 度 高
在机 械 结构 上 现 提 出 以下 四种 方 案 ， 如图 １
所示。
方案 一 ： 这是 最 常 用 的一 种 结 构 。在 四种 结
构 中材料 所需 量最 少 ， 结构 简单 易于 制作 ， 在 选材
方 面注 意其 强度 即可 。
方 案二 ： 这种 结 构 的稳定 性 和 强度 都 符 合 要
调速器 ， 每个 电子 调 速 器则 分 别 与 四轴 飞 行 器 上
的 飞行 控 制板 中的 主控 Ｍ Ｃ Ｕ进 行通 讯 。ＭＣ Ｕ对
匦
图 ３ 飞 控 板 硬 件 电 路 结 构 示 意 图
陀螺 仪 和 加 速 度 传 感 器 采 集 回 来 的数 据 进 行 滤
波、 数 据 融合 、 姿 态解 算等 处理 之后 转 换成 相应 的 Ｐ ＷＭ 信 号 。ＭＣ Ｕ将 解 算 出来 的 Ｐ ＷＭ 信 号 传 送
（ 如地 震 ） ， 四轴 飞 行 器 还 可 以充 当空 中 通 讯 中 转。 四轴 飞行器 也存 在许 多技 术难 点 ： 首先 ， 在 飞 行 过程 中它不 仅 受 到 各 种 物理 效 应 的作 用 ， 还 很 容易受 到气 流 等 外 部 环 境 的 干扰 ， 很 难 获 得 其 准 确 的性 能 参数 ； 其次 ， 四轴飞 行器 是一个 具有 六 个
等 众多 特点 ， 所 以在 空间小 的区域飞 行独 具优 势 。
１ 四轴 飞行 器 的 总体 设 计
１ ． １ 四轴飞 行器 的机 械结构 设 计
在 城市 发现 火 灾 或 其 它事 故 中时 ， 四轴 飞行 器 可 以起到 非常 重大 的作 用 ， 如 进 入火场 探 明险情 、 高 楼 层 的 搜 救 。此 外 ， 在 某 些 通 讯 中断 的 情 况 下
１ ． ２ 控 制 原 理
为 了保持 飞行 器 的稳 定 飞 行 ， 在 四轴 飞 行 器
上装有 ３ 个方 向的陀螺仪和 ３ 轴加速度传感器组 成 惯性 导 航模 块 ， 它 主要 通 过 电子 调 速 器 来 对 电
机 的转速 进行 控制 。 给 四轴 飞行器 四个 角 上 的 电机 分 别配 上 电子
求， 但是 其 灵活性 没有 前者 好 。 方 案三 ： 这种 结 构 在 稳定 性 和 强 度 上 与方 案 二 相差 不大 ， 相 比方 案 一其 结 构 复 杂 ， 重量大 ， 耗
自由度 ， 而只 有 四个 控 制 输 入 的欠 驱 动 系 统 。它 具有 多变 量 、 非线 性 、 强耦 合 和 干 扰 敏 感 的 特 性 ，
要求 ， 但 是 材料 消耗 大 同时也增 加 了机 身 的重量 ， 优 势并 不 突 出却 添加 了不 少 累赘 。所 以通 常不 采
用些 种结 构 。
累积 误差 是一 个工 程难 题 。这 三个 问题解 决成 功
与否， 是 实现 四轴 飞行 器 自主 飞行控 制 的关键 ， 具 有 非常重 要 的研 究价值 … 。
能高。
方案四： 显 然这 种 结 构 在 强 度 上 完 全 能 满 足
第３ ０卷 第 ２期
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ２
钦
州
学
院
学
报
２ ０ １ ５年 ２月
Ｆ ｅ ｂ ． ， ２ ０１ ５
Ｊ ＯＵ Ｒ ＮＡ Ｌ ＯＦ ＱＩ Ｎ Ｚ ＨＯＵ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
基 于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ 四 轴 飞 行 器 的 设 计
综合考 虑 ， 本设 计采 用 的是方 案一 。
［ 收稿 日期 ］ ２ ０ １ ４— ０ ９—１ ０ ［ 基金项 目］钦 州学院校级立项项 目： 多 因素激励 下甘蔗收获机切割 系统振动性能 的研 究（ ２ ０ １ ４ Ｘ Ｊ Ｋ Ｙ 一 ２ ５ Ｂ） 。 ［ 作者简介 ］周建 阳（ １ ９ ８ ６一 ） ， 男， 湖南永州人 ， 钦州 学院物理 与电子工程学院助教。
器、 地磁传感器 、 气压传感器 为辅助器 件 ， 采用 融合滤 波算法对传 感器采 集的数据进 行滤波处理 ， 同时运用 Ｐ Ｉ Ｄ
算 法对飞机 飞行的控制进行 计算 ， 设计 了一个小 型遥 控式的 四轴飞行器。调试飞行表 明， 四轴飞行 器实 际飞行
时， 其 平 衡 度 难 以控 制 。
第２期
周建 阳 ， 陈家乐 ， 薛 斌 ， 刘 渊 ： 基于 Ｓ Ｔ Ｍ３ ２四轴飞行 器 的设 计 件 模 块 和遥控 器硬 件模 块 。
１ ．wenku.baidu.com３ ． １ 飞 控 板 硬 件 模 块
３ １
口
图 １ 机械 结构 四 种 方 案
飞控 板硬 件 电路 结 构 示 意 图如 图 ３所 示 ， 在 此模 块 中包含 Ｎ Ｒ Ｆ ２ ４ Ｌ ０ １ 无 线 子 模块 、 供 电 电路 、 Ｇ Ｙ ８ ０传感 器接 口电路 、 蜂 鸣器 电路 。
周 建 阳 ，陈 家 乐 ，薛 斌 ，刘 渊
（ 钦 州学 院 物理 与 电子工 程学 院 ，广西 钦州 ５ ３ ５ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 四轴 飞行器作 为一个 小型飞行器 平 台， 其用途 非常广 泛， 该设计采用性价 比高、 片 内外设 丰富、
功能强大的 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２单 片机作为控制 系统 的核 心， 以Ｎ Ｒ Ｆ ２ ４ Ｌ ０ １无线模块 、 无刷 电子调速器 、 陀螺仪 、 加速度传 感
［ 关键 词］ 四轴飞行器 ； Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２ ； 辅助 器件 ； 平衡度 ［ 中图分类号］ Ｖ ２ ４ ９ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号］ １ ６ ７ ３—８ ３ １ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ２— ０ ０ ３ ０ —０ ４
四轴 飞行 器属 于 一 种 小 型飞 行 器 ， 具有 体 积 小、 飞行 速度 低 、 飞行 高度 低 、 飞行平 衡 、 灵 活 度 高
在机 械 结构 上 现 提 出 以下 四种 方 案 ， 如图 １
所示。
方案 一 ： 这是 最 常 用 的一 种 结 构 。在 四种 结
构 中材料 所需 量最 少 ， 结构 简单 易于 制作 ， 在 选材
方 面注 意其 强度 即可 。
方 案二 ： 这种 结 构 的稳定 性 和 强度 都 符 合 要
调速器 ， 每个 电子 调 速 器则 分 别 与 四轴 飞 行 器 上
的 飞行 控 制板 中的 主控 Ｍ Ｃ Ｕ进 行通 讯 。ＭＣ Ｕ对
匦
图 ３ 飞 控 板 硬 件 电 路 结 构 示 意 图
陀螺 仪 和 加 速 度 传 感 器 采 集 回 来 的数 据 进 行 滤
波、 数 据 融合 、 姿 态解 算等 处理 之后 转 换成 相应 的 Ｐ ＷＭ 信 号 。ＭＣ Ｕ将 解 算 出来 的 Ｐ ＷＭ 信 号 传 送
（ 如地 震 ） ， 四轴 飞 行 器 还 可 以充 当空 中 通 讯 中 转。 四轴 飞行器 也存 在许 多技 术难 点 ： 首先 ， 在 飞 行 过程 中它不 仅 受 到 各 种 物理 效 应 的作 用 ， 还 很 容易受 到气 流 等 外 部 环 境 的 干扰 ， 很 难 获 得 其 准 确 的性 能 参数 ； 其次 ， 四轴飞 行器 是一个 具有 六 个
等 众多 特点 ， 所 以在 空间小 的区域飞 行独 具优 势 。
１ 四轴 飞行 器 的 总体 设 计
１ ． １ 四轴飞 行器 的机 械结构 设 计
在 城市 发现 火 灾 或 其 它事 故 中时 ， 四轴 飞行 器 可 以起到 非常 重大 的作 用 ， 如 进 入火场 探 明险情 、 高 楼 层 的 搜 救 。此 外 ， 在 某 些 通 讯 中断 的 情 况 下
１ ． ２ 控 制 原 理
为 了保持 飞行 器 的稳 定 飞 行 ， 在 四轴 飞 行 器
上装有 ３ 个方 向的陀螺仪和 ３ 轴加速度传感器组 成 惯性 导 航模 块 ， 它 主要 通 过 电子 调 速 器 来 对 电
机 的转速 进行 控制 。 给 四轴 飞行器 四个 角 上 的 电机 分 别配 上 电子
求， 但是 其 灵活性 没有 前者 好 。 方 案三 ： 这种 结 构 在 稳定 性 和 强 度 上 与方 案 二 相差 不大 ， 相 比方 案 一其 结 构 复 杂 ， 重量大 ， 耗
自由度 ， 而只 有 四个 控 制 输 入 的欠 驱 动 系 统 。它 具有 多变 量 、 非线 性 、 强耦 合 和 干 扰 敏 感 的 特 性 ，
要求 ， 但 是 材料 消耗 大 同时也增 加 了机 身 的重量 ， 优 势并 不 突 出却 添加 了不 少 累赘 。所 以通 常不 采
用些 种结 构 。
累积 误差 是一 个工 程难 题 。这 三个 问题解 决成 功
与否， 是 实现 四轴 飞行 器 自主 飞行控 制 的关键 ， 具 有 非常重 要 的研 究价值 … 。