基于STM32四轴飞行器电路设计的详细图解资料概述

基于STM32的四轴飞行器设计

基于STM32的四轴飞行器设计引言：四轴飞行器（Quadcopter）是一种重量轻、机动性强的飞行器，在无人机技术中应用广泛。

本文将介绍基于STM32的四轴飞行器设计。

一、STM32介绍：STM32是意法半导体公司推出的一款高性能32位微控制器系列，它具有强大的计算处理能力和丰富的外设资源，非常适合用于四轴飞行器的设计和控制。

二、硬件设计：1.处理器选择：选用性能较高的STM32系列微控制器作为飞行器的主控制单元，可根据实际需求选择合适的型号。

考虑到计算处理能力和外设资源的要求，建议采用高性能的STM32F4系列或STM32H7系列微控制器。

2.传感器：四轴飞行器需要借助多种传感器来获取飞行状态的信息，包括陀螺仪、加速度计、磁力计等。

这些传感器可以通过I2C或SPI接口与主控制单元连接，以获取实时的飞行姿态和姿态控制信息。

3.无线通信模块：可选择适合的无线通信模块，如Wi-Fi模块或蓝牙模块，用于与地面站或其他设备进行数据传输和控制指令的交互。

通过无线通信模块，可以实现四轴飞行器的遥控操作和数据传输。

4.电机和电调：四轴飞行器需要四个无刷电机和相应的电调来实现动力推力的控制。

电机和电调的选择应根据载荷和预期飞行能力来确定，同时需要考虑与主控制单元的通信接口兼容性。

5.电源系统：四轴飞行器需要一种可靠的电源系统来驱动其各个部件。

主要包括锂电池、电流传感器和稳压模块。

电流传感器用于监测整个系统的功耗，稳压模块用于为主控制单元和其他模块提供稳定的电源。

6.启动与显示模块：飞行器需要一种方便的启动与显示模块来显示系统状态和预警信息。

可以选择配备一块小型的液晶显示屏或LED指示灯，以及相关的按键和蜂鸣器。

三、软件设计：1.实时操作系统（RTOS）：可以选择合适的RTOS系统，如FreeRTOS或CMSIS-RTOS，用于实现四轴飞行器的任务管理和调度。

RTOS可以提供任务优先级调度、实时中断处理等相关功能，保证飞行器的实时性和稳定性。

基于stm32的四轴飞行器

基于stm32设计的四轴飞行器引言四轴飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器，与普通的飞行器相比具有结构简单，故障率低和单位体积能够产生更大升力等优点，在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景，非常适合在狭小空间内执行任务。

因此四旋翼飞行器具有广阔的应用前景，吸引了众多科研人员，成为国内外新的研究热点。

本设计主要通过利用惯性测量单元（IMU）姿态获取技术、PID电机控制算法、2.4G无线遥控通信技术和高速空心杯直流电机驱动技术来实现简易的四轴方案。

整个系统的设计包括飞控部分和遥控部分，飞控部分采用机架和控制核心部分一体设计增加系统稳定性，遥控部分采用模拟摇杆操作输入使操作体验极佳，两部分之间的通信采用2.4G无线模块保证数据稳定传输。

飞行控制板采用高速单片机STM32作为处理器，采用含有三轴陀螺仪、三轴加速度计的运动传感器MPU6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进行通信，最终根据PID控制算法通过PWM方式驱动空心杯电机来达到遥控目标。

1、系统总体设计系统硬件的设计主要分要遥控板和飞控板两个部分，遥控板采用常见羊角把游戏手柄的外形设计，控制输入采用四向摇杆，无线数据传输采用2.4G无线模块。

飞控板采用控制处理核心和机架一体的设计即处理器和电机都集成在同一个电路板上，采用常规尺寸能够采用普通玩具的配件。

系统软件的设计同样包括遥控板和飞控板两部分的工作，遥控板软件的设计主要包括ADC的采集和数据的无线发送。

飞控板的软件的设计主要包括无线数据的接收，自身姿态的实时结算，电机PID增量的计算和电机的驱动。

整个四轴飞行器系统包括人员操作遥控端和飞行器控制端，遥控端主控制器STM32通过ADC外设对摇杆数据进行采集，把采集到的数据通过2.4G无线通信模块发送至飞控端。

飞控板的主要工作就是通过无线模块进行控制信号的接收，并且利用惯性测量单元获得实时系统加速度和角速度原始数据，并且最终解算出当前的系统姿态，然后根据遥控板发送的目标姿态和当姿态差计算出PID电机增量，然后通过PWM驱动电机进行系统调整来实现飞行器的稳定飞行。

基于STM32单片机的四轴飞行器飞行系统设计

集宁师范学院学报/Nov.2017/No.6基于STM32单片机的四轴飞行器飞行系统设计张仲俊汪材印（宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000）摘要：针对现阶段四轴飞行器飞行中存在的稳定性问题，通过对互补滤波、四元数、串级PID等技术的研究，设计了一种基于STM32的四轴飞行器飞行系统。

该系统采用STM32作为主控芯片，利用9轴传感器（3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计）GY-86测得原始数据，经过四元数姿态解算得到飞行器的姿态信息，再通过遥控器和主控板进行通信，利用串级PID控制算法驱动无刷电机实现四轴飞行器的稳定飞行。

实验测试结果表明：该系统能够保证四轴飞行器的稳定飞行，有很好的实用价值。

关键词：四轴飞行器；STM32；GY-86；互补滤波；四元数；串级PID中图分类号：V249文献识别码：A文章编号：2095-3771(2017)06-0027-06四轴飞行器属于一种小型飞行器，具有体积小、飞行高度低、灵活度高等众多特点，因而在空间小的区域飞行独具优势。

在航拍、线路巡检、数据采集等军用与民用领域中，四轴飞行器均有着广泛的应用前景。

由于四轴飞行器体积小、重量轻，在无风情况下能够正常飞行，但在天气恶劣的情况下，因其抗干扰能力差,非线性又十分复杂，以往的飞行控制方式并不能发挥理想的效果，因此，需要设计一种能够使四轴飞行器稳定飞行的系统。

1四轴飞行器飞行系统工作原理四轴飞行器简单来讲是一个在空间中含有六个活动自由度[1]，然而仅仅存在四个控制自由度的系统，所以此类飞行装置又被命名为欠驱动系统（唯有控制自由度和活动自由度完全相等之时才可以将其命名为完整驱动系统）。

但仅针对姿态控制而言，它是通过完整驱动的方式进行运作的。

为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有由3轴陀螺仪和3轴加速度计组建而成的惯性导航模块，从而能够准确的获取飞行器在任意时刻相对地面的各类飞行状态数据。

飞行控制器利用特定的运算方式来确保飞行器在飞行过程中具有足够的旋转力和上升力，并利用专门配置的电子调控器来确保电机能够保持充足的能量输出，从而实现稳定飞行[2]。

基于STM32的四轴飞行器设计

基于STM32的四轴飞行器设计四轴飞行器是一种常见的航空模型，它由四个电动马达驱动，通过调整转速控制飞行器的姿态和位置。

在本文中，我将介绍如何使用STM32微控制器设计一个四轴飞行器。

这项设计需要以下四个组成部分：飞行控制器、传感器、电动机和通信模块。

首先，我们需要一个飞行控制器来处理飞行器的姿态控制和位置控制。

我们可以使用STM32微控制器作为飞行控制器，因为它具有强大的计算能力和高性能的外设。

STM32微控制器通常具有多个通用输入/输出引脚，用于连接传感器和电动机。

此外，STM32微控制器还可以运行飞行控制算法并控制电动机的转速。

其次，我们需要一些传感器来感知飞行器的姿态和位置。

常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。

陀螺仪可以测量飞行器的旋转速度和方向，加速度计可以测量飞行器的加速度和倾斜角度，磁力计可以测量飞行器相对于地球磁场的方向。

这些传感器的测量数据将用于计算和控制飞行器的姿态和位置。

第三，我们需要四个电动机来驱动飞行器的运动。

每个电动机都连接到飞行控制器的输出引脚，并通过调整电动机转速来调整飞行器的姿态和位置。

通过控制四个电动机的转速，我们可以实现飞行器在空中的稳定飞行和准确控制。

最后，我们需要一个通信模块来与飞行器进行通信。

通常，我们使用无线通信模块，如蓝牙或无线局域网，来控制飞行器的飞行和监控其状态。

通过与通信模块连接，我们可以使用智能手机或其他设备来发送指令和接收飞行器的数据。

在设计四轴飞行器时，我们需要首先将传感器和电动机连接到STM32微控制器。

然后，我们需要编写飞行控制算法并将其加载到STM32微控制器上。

接下来，我们可以使用通信模块与飞行器连接并发送控制指令。

最后，我们可以启动电动机并观察飞行器的飞行和姿态控制效果。

总之，基于STM32微控制器的四轴飞行器设计是一个复杂而有趣的工程项目。

通过合理选择传感器、编写飞行控制算法和使用通信模块，我们可以实现一个高度稳定和可控的四轴飞行器。

基于STM32的四旋翼飞行器设计

基于STM32的四旋翼飞行器设计四旋翼无人机是一种多轴飞行器，由四个电机驱动四个旋翼产生升力来进行飞行。

它具有简单结构、灵活机动、携带能力强等特点，被广泛应用于航空航天、电力、农业、测绘和娱乐等领域。

本文将基于STM32微控制器，设计一个基本的四旋翼飞行器。

首先，我们需要选用一款合适的STM32微控制器作为核心控制单元。

根据不同需求，可以选择不同型号的STM32芯片。

需要考虑的因素包括处理器性能、输入输出接口、通信接口等。

接下来，我们需要选用合适的电机和电调。

电机和电调是四旋翼飞行器的动力系统，直接影响飞行器的性能。

选择电机时需要考虑电机功率、转速、扭矩等参数。

而选择合适的电调则需要考虑电流容量、控制方式等因素。

四旋翼飞行器还需要传感器来获取飞行状态和环境信息。

常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计等。

这些传感器将实时提供飞行器的姿态、加速度、地理位置和气压等数据，用于飞行控制。

在飞行控制方面，我们需要实现飞行器稳定的控制算法。

PID控制器是常用的控制算法之一，通过调节电机转速来控制飞行器的姿态。

PID控制器的参数需要根据实际情况进行调整，以实现稳定的飞行。

此外，四旋翼飞行器还需要通信功能，以便与地面站进行数据传输。

常见的通信方式有蓝牙、Wi-Fi和无线电调制解调器等。

通信功能可以实现飞行器的遥控和数据传输，使飞行器具备更广阔的应用空间。

最后，为了实现全自动飞行，还可以加入GPS导航系统和图像处理系统。

GPS导航系统可以提供精准的飞行位置和速度信息，通过编程实现预设航点飞行。

图像处理系统可以通过摄像头获取实时图像，并进行目标识别和跟踪，实现智能飞行等功能。

综上所述，基于STM32的四旋翼飞行器设计需要考虑微控制器选型、电机电调选择、传感器使用、飞行控制算法、通信功能等方面。

通过合理的设计和编程，可以实现一个功能齐全、性能稳定的四旋翼飞行器。

基于STM32的四轴飞行器设计

图1.四轴飞行器结构框图
1.主控单元。主控单元采用意法半导体公司生产的STM32F103T8U6。芯片基于ARM crotex-M3内核,工作频率能达到72MHz，具有64KB的片内程序存储器，20KB的SRAM，1个SPI接口，1个IIC接口，2个USART接口以及2个10通道的ADC，足够满足系统要求。并且芯片具有VFQFPN36封装，大小仅为6mm*6mm，极大地节省了电路板上的空间。
4.电机驱动电路。系统采用4个十字对称分布的直流电机提供升力，电机驱动电路由N沟道增强型场效应管搭建，通过STM32引脚输出的PWM信号控制电机的转速。
三、程序设计
系统上电后首先进行硬件的初始化，包括初始化时钟、定时器、IIC总线、SPI总线以及各种外部芯片等等。初始化完成后系统进入主循环。定时器每隔1ms中断一次，在中断程序中将全局变量count加1，当count等于100的时候清零。所以程序每隔10ms进行一次姿态解算，并经过PID算法控制4个电机的转速，调节飞行器姿态。每隔20ms接收无线遥控数据，并对指令进行解析，根据指令控制飞行器的各种动作。每隔100ms检查一次电池电量，当检测到电量不足时向遥控端发出提醒信号。
参考文献
[1]程学功四轴飞行器的研究与设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2012。
[2]陈振兴基于STM32的微型四轴飞行器研究与设计[D].天津：河北工业大学，2013。
[3]STMicroelectronics STM32 Reference manual[R]，2010。
关键词：四轴飞行器惯性传感器PID算法
一、引言
四轴飞行器是无人飞行器的一种，飞行器的动力由四个旋翼式的飞行引擎提供。由于四轴飞行器具有结构简单、体积小、单位体积能产生更大升力等优点，使得四轴飞行器的应用范围越来越广泛，从军用到民用、商用领域都有涉及。近十几年来，随着微系统、传感器以及控制理论等技术的发展，四轴飞行器的研究取得了极大的进步。四轴飞行器的发展也更趋于小型化、多样化。本设计采用STM32微控制器作为运算处理单元，通过IIC总线读取惯性传感器数据，通过四元数算法和卡尔曼滤波算法进行融合后进行姿态解算，从而得到当前飞行器姿态角度。微控制器利用当前得到的姿态角度与期望的姿态角度作对比，得到偏差角度输入到PID控制算法，算法的输出控制四个电机的转动，从而实现飞行器自主稳定飞行。

基于STM32的四轴飞行器设计

工装设计— 128 —基于STM32的四轴飞行器设计余亮项平平（淮南师范学院机械与电气工程学院安徽淮南 232000）摘要：设计一种四轴飞行器。

该飞行器由四片桨叶提供飞行升力，调节电机转速控制飞行姿态与路径。

采用PIXHAWK2.4.8核心开发板，STM32处理数据，陀螺仪解算姿态，电调驱动无刷电机，实现电机转速调节，控制飞行姿态，实现常规姿态飞行。

关键词：飞行器；PIXHAWK；STM32；无刷电机中图分类号：TP29-AD 文献标志码：A1 引言四轴飞行器具有体积小、灵活度较高、操控简单等众多特点，应用前景广阔[1]。

其未来可能发展成为新概念交通工具，或者用于安保以及高危环境作业等，普遍走进人们的日常生活之中。

2 系统总体分析本设计以单片机STM32F427开发板为核心器件，STM32F103C8T6为系统I/O 口，配合电阻电容等器件，完成最小系统搭建。

其余模块围绕PIXHAWK 开发板核心部分工作。

开发板中具有诸多传感器可供系统控制使用，主要包含128K 非易失闪存FM25V01元器件，TXS0108通用电平驱动芯片，LTC4417电源管理芯片，MIC5332超低压降传感器，BQ24315电池管理芯片，TCA62724三色LED 芯片，LT3469运放， M8N 传感器，5V 供电电源为等。

硬件结构示意图如图1[2][3]。

图1 飞行器硬件结构示意图3 硬件设计系统开发板上部分传感器已焊接完整，留有部分引脚以方便连接外设传感器。

处理单元由STM32F427VIT6(168 Mhz 工作频率、256KB RAM 工作内存与2MB 的flash 闪存100Pin)与STM32F103C8T6故障保护协处理器构成，其具有四十八个引脚，用来控制输入信号采集与输出信号发射，其晶振频率为24MHz 。

开发板中带有多个传感器，包括16位陀螺仪STL3GD20为整个系统提供实时角速度数据；14位加速度计电子罗盘STLSM303D 测量飞行器加速度以及方向；MEASMS5611气压高度计起到测量飞行器飞行高度的作用；InvenSence MPU6000三轴加速度计/陀螺仪采集姿态变化。

基于stm32的微型四旋翼飞行器设计

定为0，然后调内环PID，首先将I和D置0，对单P进行调试，当用手干扰系统能感觉到有一定恢复力并有点晃动时，P就为理想值。在P值确定好的情况下调节I值，I主要是消除稳态误差，对P有辅助作用，当用手去干扰系统，系统能较快的恢复水平，此时的I值就为理想值。由于调试P和I能达到预期效果，所以内环D值置0，内环参数确定好后再对外环参数进行调试，外环主要作用是控制四旋翼姿态响应快慢，本次调试期望值是0，调试外环单P，用手给 PITCH方向一个力，四旋翼能快速达到设定角并保持水平飞行，此时的P就为理想值。在调试过程过程中虽然四旋翼能快速达到设定角，但是系统会有一点震荡，通过调试外环D，当系统不再震荡时，记下D值。对ROLL方向的调试步骤同上。最终调试飞行效果如图10所示，对PITCH方向调试参数如表1所示，对ROLL方向调试参数如表2所示。
ELECTRONICS WORLD・技术交流
基于STM32的微型四旋翼飞行器设计
贵阳学院电子与通信工程学院古训贵州民族大学机械电子工程学院郑亚利
本文以STM32F103C8T6为主控制器，采用MPU6050完成姿态信息采集，通过蓝牙模块完成四旋翼飞行器与电脑之间的通信， Nrf2401完成微型四旋翼飞行器和遥控器之间的通信。将MPU6050 采集的数据由四元素法转换成欧拉角对四旋翼进行姿态解算控制，通过串级PID控制四个空心杯电机的转速，实现了微型四旋翼飞行器PITCH和ROLL方向的稳定水平飞行。
1.引言四旋翼在无人机研究领域中是发展最快、研究最多的一种飞行
器（赵鹏，郑文豪，李刚，基于STM32的四旋翼飞行器的设计：电子制作,2019），目前主要应用于研发平台、军事和执法、商业应用方面。四旋翼飞行器体积小、质量轻、飞行稳定，可应用于执行航拍、监控、勘察、救援等飞行任务。其工作原理是主控芯片输出四路PWM波调节四个电机的转速来改变四个旋翼的转速，从而改变螺旋桨产生的升力，使四旋翼飞行器的位置和姿态得以控制。四旋翼飞行器是一个欠驱动系统，它有4个输入，分别是上升力和三个方向的转矩，6个输出分别是垂直、前后、侧向、俯仰、滚转、偏航运动。四旋翼飞行器有垂直、横滚、俯仰、偏航四种基本飞行控制方式。本文主要介绍四旋翼硬件设计以及串级PID对PITCH和ROLL方向的平衡控制影响。

基于stm32的四轴飞行器的设计

1 系统概述
系统方面主要采用现在性价比较高的stm32作为主控制器，高性能的 MPU6050 陀螺仪和无刷直流电机作为主要部分。stm32 通过读取陀螺仪 MPU6050 的姿态，来确定飞行器所处的状态，进行数据处理，进一步控制飞行器的运行轨迹。四轴飞行器硬件部分主要包括电源部分，驱动部分，显示部分和控制器部分，和陀螺仪等构成。系统构成如图1所示。
Fu Xiuwei Fu Li
（Department of Automation, Jilin University of Chemical Technology, Jilin 132022）
Abstract：Four rotor helicopter is a micro air vehicle, provides power for the vehicle to flight in the air by driving the propeller with brushless electric machine. Stm32 is used for micro-processing, and mpu6050 collects the vehicle lo⁃ cation. The core module parameters use a single set of power to supply power, reduce interference and ensure the sta⁃ ble operation of the system. Keywords: stm32；vehicle; gyroscope
图 3 第一个稳压模块原理图
2.1.2 XC6206 稳压模块系统升压到 5V 后只能对电机进行供电，而控制 stm32 所用的供电电压为 3.3V，因此需要将 5V 转化成 3.3V。本设计参与 XC6206 系列，它采用 CMOS 工艺，内部由基准电压源、误差发达器、驱动晶体管、限流电路等构成。通过采用 CMOS 工艺和激光微调技术，实现了低消耗电流和高精度。该设计一共有两个稳压块。第一部分稳压块将经过升压块输出的 5V 电压稳定在 3.3V，然后接到 STM32 单片机的 VCC 端口，另一个稳压模块直接为 MPU6050 陀螺仪进行供电，两个稳压器都采用同一个芯片。原理图如图 3 所示。 2.2 STM32F103 型单片机 STM32 系列单片机是专门对要求高、成本低的嵌入式应运而生的。高达 72MHz 的频率提高了很多应用场合，处理速度得到了大大的提高，特别是对四轴飞行器来说可以完美实现其功能。

基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计

基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计基于Arduino兼容的STM32单片机的四旋翼飞行器设计一、引言随着无人机技术的发展和应用，四旋翼飞行器成为了热门的研究领域。

它具有飞行稳定性高、机动性好、适应性强等优势，被广泛应用于农业植保、航拍摄影、物流配送等领域。

本文基于Arduino兼容的STM32单片机设计四旋翼飞行器，主要包括硬件设计和软件编程的内容。

二、硬件设计1. 硬件选型本设计采用STM32F103C8T6单片机作为处理器，其具有性能稳定可靠、易于操作等特点，同时兼容Arduino，可以借助开发环境进行编程；四个无刷直流电机作为动力源，通过控制电调来实现转速的控制；姿态传感器采用MPU6050六轴传感器，用来检测飞行器的倾斜角度；无线通信模块采用nRF24L01，用于与遥控器进行通信。

2. 电路设计整个飞行器系统的电路由电源管理电路、控制电路、传感器电路和通信电路四部分组成。

（1）电源管理电路：使用锂电池作为电源，通过电源管理芯片实现电池的充电和保护管理，确保系统电源的稳定性。

（2）控制电路：STM32单片机作为核心控制器，连接电机驱动电路、姿态传感器以及通信模块。

通过Arduino提供的开发环境，编写控制算法，实现电机的转速控制，以及飞行器的姿态控制。

（3）传感器电路：连接MPU6050六轴传感器，用于检测飞行器的姿态，包括加速度和角速度等数据。

通过与STM32单片机的通信，采集传感器数据并进行处理，实现飞行器的稳定控制。

（4）通信电路：通过nRF24L01无线通信模块与遥控器进行通信，实现遥控器对飞行器的控制。

三、软件编程1. 飞行控制算法飞行器的稳定控制是整个系统的核心。

在设计中，通过PID控制算法来实现飞行器的稳定飞行。

PID控制算法基于偏差（error）进行计算，包括比例环节、积分环节和微分环节。

其中，比例环节用来衡量偏差的大小，积分环节用来补偿系统漏差，微分环节用来预测偏差的变化趋势。

基于STM32的四旋翼飞行控制器的设计.

基于STM32的四旋翼飞行控制器设计姓名： XX学号：54130XXXXXXX班级：自动化摘要随着时代的发展,多旋翼飞行器越来越被广泛的应用在军事、民用、以及科学研究等多个领域,同时其本身也向着高效、多功能化方面发展。

四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机又叫四轴飞行器，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器，可以搭配微型相机录制空中视频。

四旋翼直升机，国外又称Quadrotor，Four-rotor，4 rotors helicopter，X4-flyer等等，是一种具有四个螺旋桨的飞行器并且四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。

与传统的直升机不同，四旋翼直升机只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作（目前，也出现可以改变螺距的四旋翼飞行器，这种控制方式比改变电机转速更灵活方便）。

一四旋翼飞行基础控制原理1.1 飞行动力原理（图2.1）（图2.2 ）四轴飞行器是一个在空间具有6个活动自由度（分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作），但是只有4个控制自由度（四个电机的转速）的系统，因此被称为欠驱动系统（只有当控制自由度等于活动自由度的时候才是完整驱动系统）。

不过对于姿态控制本身（分别沿3个坐标轴作旋转动作），它确实是完整驱动的。

1.2 姿态分析因有两对电机转向相反，可以平衡其对机身的反扭矩，当同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，（图2.2.1）实现了沿z轴的垂直运动。

当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的关键。

电机1的转速上升，电机3的转速下降，电机2、电机4的转速保持不变。

为了不因为旋翼转速的改变引起四旋翼飞行器整体扭矩及总拉力改变，旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。

基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计

基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计一、引言四旋翼飞行器是近年来快速发展的一种无人机，它具有灵活、稳定、可控性强等特点，被广泛应用于各个领域，如农业、摄影、救援等。

本文将基于Arduino兼容的Stm32单片机设计一个四旋翼飞行器，包括硬件设计和主控程序编写，并对其进行测试和分析。

二、硬件设计1. 硬件平台选型我们选择Arduino兼容的Stm32单片机作为主控芯片。

Stm32系列单片机具有强大的性能和丰富的外设资源，能够满足四旋翼飞行器的实时控制要求。

2. 四旋翼结构设计我们采用X形结构的四旋翼设计，具有较好的稳定性和操控性。

每个旋翼由一个电动助力机构和一个螺旋桨组成，通过电机控制器控制电机的转速，从而控制飞行器的升降和姿态。

3. 传感器选择为了使飞行器能够感知环境和自身状态，我们选择了加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器。

加速度计用于测量飞行器的加速度和姿态角度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量地磁场信息，以辅助姿态控制。

4. 通信模块选型我们选择了无线通信模块，可以实现飞行器与地面控制站的数据传输和指令控制。

5. 电源设计为了保证飞行器的稳定供电，我们设计了电源管理模块，包括电池、稳压器和电源选择开关等，以提供所需的电压和电流。

三、主控程序编写1. 启动流程飞行器在上电后，首先要进行初始化操作，包括外设初始化、传感器校准和数据校验等。

接着进入主循环，不断读取传感器数据、执行控制算法、更新电机转速和发送数据等。

2. 姿态控制算法通过读取加速度计和陀螺仪的数据，可以得到飞行器的姿态信息。

我们采用PID控制算法来控制飞行器的姿态，即通过调节电机转速来调整飞行器的姿态角度，使其保持在设定值附近，提高飞行器的稳定性。

3. 飞行控制算法飞行器的飞行控制算法主要包括高度控制、位置控制和姿态控制。

通过读取高度传感器的数据，可以得到飞行器的高度信息。

我们采用模糊控制算法来调节电机转速，控制飞行器的高度和位置。

基于STM32四轴飞行器的设计

基于STM32四轴飞行器的设计作者：解琛来源：《科学家》2017年第17期摘要四轴飞行器是一种小型的飞行器平台，其控制系统的核心是STM32单片机，具有性价比高、功能强大等特点，基于STM32的飞行器具有十分广泛的用途。

因此，本文就基于STM32四轴飞行器的设计进行了相关介绍，主要内容包括四轴飞行器的动力学分析、基于STM32四轴飞行器的总体设计方案与程序设计以及电子硬件电路与软件程序调试。

关键词四轴飞行器；STM32单片机；电子硬件电路中图分类号 V2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）17-0061-02四轴飞行器由于其体积小、飞行高度与速度较低、飞行状态平稳、灵活等特点，在空间狭小的作业区域具有较高的应用优势。

在实际生活当中，四轴飞行器常被应用与火灾现场探明险情或高层搜救当中；在地震等灾害导致通讯中断的情况下，也可借由四轴飞行器作为空中通讯中转。

四轴飞行器在设计过程中存有很多的技术难点，需要对其实际使用过程中受到的物理效应、气流与环境的干扰等进行重点考量，才能更好地实现其应用价值。

1 四轴飞行器的动力学分析四轴飞行器能够实现的飞行运动包括爬升、横滚调节、下降、俯仰调节、偏航调节，本文选用的四轴飞行器外形呈现为“X”型（如图1所示），电机就安装在“X”的四个角上。

在设计过程中，为避免4个电机同向转动时发生自旋运动，安装时要保证对角电机的转动方向相同，相邻的电机转动方向相反。

关于电机的输出功率，若其提供的升力大于飞行器本身的自重，则飞行器能够垂直升起；若要飞行器降落，则要保持飞行器的输出功率持续降低。

当相邻两个电机的输出功率大于或小于另外两个电机的输出功率时飞行器就能进行向指定方向运动。

若减小对角两个电机的输出功率，同时增加另外两个电机的输出功率，则飞行器能够完成偏航运动。

2 基于STM32四轴飞行器的总体设计方案2.1 飞行器设计方案基于STM32四轴飞行器的控制器即为STM32单片机，在接收到PC端由蓝牙发送的控制或调试指令后，可通过ⅡC接口设置MPU6050传感器，并将传感器的输出设定为DMP的输出模式。

基于STM32的语音控制的四轴飞行器设计

智能应用前言随着科技的进步，人类在航空科技上有了历史性的突破。

四轴飞行器凭借着其结构简单，体积小巧，飞行环境要求低，适用性强，使用起来简单安全可靠的特点，从而受到了人们的青睐。

四轴飞行器被广泛的应用到航空拍摄、地形勘察和灾难搜救等领域。

但是不可否认的是由于四轴飞行器自身的特点决定了其入门难度大，学习培训成本高，尤其对于新手，需要经过专门的培训才能上手。

针对这一问题，本文以STM32单片机为控制核心，利用专用语音识别芯片LD3320，通过语音控制的方法实现对飞行器的控制，降低学习培训的成本，加速四轴飞行器的普及。

1�系统整体设计本设计提出一种基于STM32单片机的语音控制的四轴飞行器，系统由语音控制模块、惯性测量单元、主控模块及电源和电机等组成。

设计使用到LD3320语音模块、STM32模块及六轴传感器MPU6050模块。

系统整体框图如图1所示。

其中STM32模块是整个四轴飞行器的主控模块。

STM32单片机通过读取惯性测量单元IMU的状态，确定四轴飞行器的当前状态。

语音处理芯片LD3320在接收到语音信号以后，将语音信号经过AD转换为数字信号输入到单片机中进行处理，主控制器根据输入信号与自身的关键词列表进行比较后输出相应的PWM信号分别驱动4个MOSFET，从而改变4个电机的转速，最终改变4个升力实现姿态控制。

图1 系统整体框图2�硬件设计■2�1 主控模块四轴飞行器的主控模块采用的是意法半导体公司的STM32F103C8T6。

STM32是兼容所有的ARM工具和软件的32位闪存处理器，节能性能业界领先，是同类中性能最高的；工作在72MHz的频率下，处理速度块，功耗是32位市场上功耗最低的；内部资源丰富，具有2个DMA控制器，3个16位定时器，112个快速I/O，可以很好的实现对四轴飞行器的控制。

■2�2 电机驱动模块四轴飞行器通过电机带动螺旋桨来产生升力，从而实现飞行，通过对电机转速的调节来实现升降运动，俯仰运动，滚转运动等。

基于STM32的MINI四轴飞行器控制系统设计

1 引言四轴飞行器结构简单，操作灵活，单位体积内可提供巨大的升力，适合在狭窄环境中飞行，携带各种电子设备可执行各种任务，例如军事侦察、定位跟踪、农田监测等，在军事、民用等领域均有广泛的应用和广阔的前景。

近年来随着科技的发展，电子元件成本下降，四轴飞行器的小型化、便携化、商业化逐渐成为研究的新方向。

本文设计了一种基于STM32的MINI 四轴飞行器控制系统，飞行器的主体由PCB 板集成各种元器件组成，以STM32单片机为主控制器，MPU6050为惯性测量单元模块核心，3.7V 锂电池供电，通过蓝牙模块HC-05，实现了手机APP 控制四轴飞行器的飞行姿态。

2 飞行原理与传统的固定翼飞行器相比，四轴飞行器的飞行原理相对复杂。

四轴飞行器又名四旋翼飞行器，顾名思义，机身由四个旋翼驱动，即电机带动螺旋桨驱动。

机身大多设基于STM32的MINI 四轴飞行器控制系统设计盐城工学院电气工程学院胡俊杰蒋善超摘要主要介绍了基于STM32四轴飞行器的小型化和便携化，介绍如何通过手机蓝牙控制MINI 四轴飞行器，实现MINI 四轴完成,诸如偏转、俯仰、升降等一系列动作。

机身由PCB 板集成各种元器件组成，主要分为微处理器模块、惯性测量单元、通信模块和动力模块等。

关键词四轴飞行器；STM32；MPU6050；蓝牙控制计为x 型，螺旋桨均匀分布在机身四角，通过改变四个螺旋桨的旋转速度，实现机身的俯仰、转向等。

电机运作时，螺旋桨会产生两个力，一个是升力，一个是与螺旋桨转向相反的反扭矩。

反扭矩会使飞行器沿着螺旋桨旋转的方向自旋，为了抵消反扭矩，通常相邻的螺旋桨旋转方向相反。

具体飞行原理如图1所示。

以x 型四轴飞行器飞行方式为例，四个电机依次编号为1号、2号、3号、4号。

当飞行器自稳定后，1号、2号、3号、4号电机同等加速即为飞行器垂直上升；1号、2号、3号、4号电机同等减速即为飞行器垂直降落。

当飞行器自稳定后，1号、2号电机同等减速，3号、4号电机同等加速，即为飞行器前倾；1号、2号电机同等加速，3号、4号电机同等减速，即为飞行器后倾。

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计四旋翼飞行器是一种由四个旋翼驱动的无人机。

它具有垂直起降和悬停的能力，能够在空中保持稳定飞行。

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计需要考虑飞行器的姿态控制、飞行模式控制、传感器数据获取与处理等方面，同时还需要实现与地面站的通信和数据传输。

首先，飞行器的姿态控制是控制系统设计的核心。

通过采用传感器获取飞行器的姿态信息，如加速度计、陀螺仪和磁力计等，利用PID控制算法对飞行器进行姿态调整，使其保持平衡和稳定飞行。

STM32可以通过配置外设，如ADC和定时器，来获取传感器数据，同时使用GPIO口来控制电机的转速，实现四旋翼飞行器的姿态控制。

其次，飞行模式控制是四旋翼飞行器控制系统中的另一个重要方面。

飞行模式通常包括手动模式、自稳模式和定点悬停模式等。

在手动模式下，飞行器由遥控器控制飞行方向和速度。

在自稳模式下，飞行器利用姿态控制算法来保持平衡和稳定飞行。

在定点悬停模式下，飞行器根据传感器数据和定位信息，实现在空中固定位置悬停。

通过STM32的串口通信模块与遥控器通信，可以实现飞行模式的切换和控制。

另外，传感器数据获取与处理也是四旋翼飞行器控制系统设计的重要部分。

飞行器需要获取传感器数据，如高度、速度和位置等信息，并进行处理，以进行姿态控制和飞行模式控制。

STM32可以通过配置串口通信、I2C或SPI总线来获取和处理传感器数据，同时利用内部的计算和存储单元进行数据处理和算法运算。

最后，与地面站的通信和数据传输是四旋翼飞行器控制系统设计中的另一个重要方面。

地面站可以通过无线通信方式与飞行器进行通信，获取飞行器的状态信息和传感器数据，并发送飞行指令和控制信号。

通过配置STM32的无线通信模块，如WiFi或蓝牙模块，可以实现与地面站的通信和数据传输。

除了以上提到的关键设计方面，四旋翼飞行器控制系统设计还需要考虑电源管理、动力系统控制（电机控制）、GPS定位和导航等问题。

基于STM32单片机的便携式自拍四旋翼飞行器

www�ele169�com | 23智能应用0 引言四旋翼飞行器是一种利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行的飞行器。

如今，随着电子技术飞速发展，应用了智能控制算法的四旋翼飞行器不断地拓展新的应用场景。

在实际应用方面，四旋翼飞行器可以在复杂危险的环境下完成特定的飞行监测任务，比如可以在高空定点地检测有害气体、自由进入辐射区检查核设施辐射情况、隐秘地进行军事侦察、甚至搬运材料和搭建房屋等。

由四旋翼飞行器其特有的优势，在日常生活有着广泛的应用。

但四旋翼飞行器受周围环境影响很大，例如环境温度、风速大小、潮湿程度等，另外飞行器模型存在不确定性，以及在实际操作时自身参数改变都会干扰飞行器的正常飞行。

基于STM32系列单片机的四旋翼飞行器具有较高的稳定性，通过2.4GHz 的蓝牙模块接收控制命令，模糊神经网络PID 算法控制飞行器四个电机的转速，MPU6050检测模块检测当前四旋翼的姿态，单片机将以上信息整合进而控制四旋翼的飞行状态。

通过摄像头传输画面，实时调控飞行器的位置和角度进行跟拍，使四旋翼飞行器系统更加灵活。

1 系统设计图1 系统框图如图1，基于STM32单片机的便携式自拍四旋翼飞行器研究内容分为机上和机下两部分，机上部分包括机身、主控板、电调、电机、电源、摄像头，是飞行器的核心部分。

机下部分主要功能是与机上部分发送控制命令，以及接收机上部分返回的动态信息。

2 四旋翼飞控系统原理■2.1 四旋翼飞行器工作原理四旋翼飞行器有“十”型和“X”型两种模型，本文选用的是“X”型模型。

“X”型模型的四个电机中对角两个电机旋转方向相同，两个电机顺时针旋转，另外两个电机逆时针旋转。

当X 轴和Y 轴方向合力为0，飞行器的升力与自身重力抵消时，可在空中悬停。

绕X 轴旋转的叫做横滚（roll）,绕Y 轴旋转的叫做俯仰（pitch）, 绕Z 轴旋转的叫做航向（yaw）。

控制横滚角可以使飞行器向左或向右飞行，如图2；控制俯仰角可以使飞行器前后飞行，如图3；控制偏航角可以改变飞行器的航向，如图4。