各种模块的方案论证与选择

各种模块的方案论证与选择；
角度传感器的方案与选择
方案一：陀螺仪，可以测量角速度，具有高动态特性，但是它是一个间接测量器件,它测量的是角度的导数角速度，显然要将角速度对时间积分才能得到角度，如果这个世界是理想的,美好的,那我们的问题到此就解决了,不过很遗憾,现实是残酷的,误差的引入,使得积分出现了问题假设陀螺仪固定不动,理想角速度值是0dps(degree per second)，但是有一个偏置0.1dps加在上面,于是测量出来是0.1dps,积分一秒之后,得到的角度是0.1度,1分钟之后是6度,还能忍受,一小时之后是360度,转了一圈,也就是说,陀螺仪在短时间内有很大的参考价值。

方案二：加速度计,可以测量加速度,包括重力加速度,于是在静止或匀速运动的时候,加速度计仅仅测量的是重力加速度,而重力加速度与刚才所说的R坐标系是固连的,通过这种关系,可以得到加速度计所在平面与地面的角度关系.但是加速度计若是绕着重力加速度的轴转动,则测量值不会改变,也就是说无法感知这种水平旋转。

方案三：磁传感器,可以测量磁场,在没有其他磁场的情况下,仅仅测量的是地球的磁场,而地磁也是和R坐标系固连的,通过这种关系,可以得到平面A和地平面的关系，平面A：和磁场方向垂直的平面)，同样的，若是沿着磁场方向的轴旋转，测量值不会改变，无法感知这种旋转。

综合考虑，加速度计和磁传感器都是极易受外部干扰的传感器，都只能得到2维的角度关系，但是测量值随时间的变化相对较小，结合加速度计和磁传感器可以得到3维的角度关系。

陀螺仪可以积分得到三维的角度关系，动态性能好，受外部干扰小，但测量值随时间变化比较大。

可以看出，它们优缺点互补，结合起来才能有好的效果
主控芯片的方案与选择
方案一：使用TI公司的TMS320F2812作为主控制器。

DSP是专门为运算而生的芯片，它以运行速度快以及性能稳定可靠而被广泛应用于一些需要复杂运算的工程中，但是价格比较昂贵。

方案二：使用ST公司的STM32F103CBT6作为主控制器。

STM32采用ARM Cortex-M3内核，运行速度快，片上资源丰富，具有很多外围接口，可拓展性强，灵活性高，多用在工业控制领域。

方案三：使用ATMEL公司的AT。

单片机价格便宜，但运行速度慢，难以进行复杂的运算。

综上所述，选择方案二，价格适中，可操作性强，且现在使用STM32也是一种趋势。

四旋翼飞行器四轴模式的方案与选择
方案一：采用+模式。

+模式前进方向与四轴其中的一个电机一样，也就是飞控板上的箭头指向其中一个电机，+模式要好飞一点，但是灵活性较差，且在不方便挂载其他传感器模块。

方案二：采用X模式。

X模式飞控的箭头指的方向则是两个电机的的中间的方向，X模式下飞行器控制难度增大，但灵活性很高，可任意改变其飞行方向，并且在挂载其他传感器模块时不会影响飞行器的数据采集。

综上所述，选择方案二。

四旋翼飞行器定高模式的方案与选择
方案一：采用超声波定高。

超声波定高是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物后所反射的回波，从而测出发射和反射回波的时间差t，从而求出高度h=2v/t，v为超声波波速。

用
超声波模块，价格便宜，且程序算法简单。

但是由于超声波也是一种声波，容易受天气温度的影响，得出的数据会有一定的偏差。

方案二：采用摄像头定高。

方案三：采用气压高度计定高。

大气压是由地表空气的重力所产生的，随着海拔高度的上升，地表的空气厚度减少，气压下降。

于是可以通过测量所在地的大气压，与标准值比较而得出高度值。

由气压计测得的高度比较准确，但是由于气候变化造成的空气密度差异而带来的测量高度误差就无法消除，并且价格也比较昂贵。

综合比较，选择方案一。

四旋翼飞行器电机的方案与选择
方案一：使用有刷电机。

有刷电机是传统产品，控制简单，性能稳定，力量大，爬坡能力强，启动性能优于无刷电机，但是齿轮的齿很小，易磨损，要更换碳刷。

方案二：使用无刷电机。

无刷电机靠数字式电路控制电机换相和减速、调速。

无刷电机不再使用机械式碳刷换相器，解决了有刷电机无法逾越的寿命问题。

无刷电机不再使用齿轮减速器，避免了齿轮传动中的效率损失，使效率可达80-85%，并较大幅度减小了噪音，但价格比有刷电机贵。