四轴飞行器毕业设计论文

四轴飞行器毕业设计论文 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

毕业论文

基于单片机的四轴飞行器

夏纯

吉林建筑大学

2015年6月

毕业论文

基于单片机的四轴飞行器

学生：夏纯

指导教师：许亮

专业：电子信息工程

所在单位：电气与电子信息工程学院答辩日期： 2015 年6月

目录

摘要.......................................................... I ABSTRACT ...................................................... II 第1章绪论. (1)

论文研究背景及意义 (1)

国内外的发展情况 (2)

本文主要研究内容 (4)

第2章总体方案设计 (5)

总体设计原理 (5)

总体设计方案 (5)

系统硬件电路设计方案 (5)

各部分功能作用 (6)

系统软件设计方案 (7)

第3章系统硬件电路设计 (8)

Altium Designer Summer 09简介 (8)

总体电路设计 (8)

遥控器总体电路设计 (8)

飞行器总体电路设计 (10)

各部分电路设计 (10)

电源电路设计 (10)

主控单元电路设计 (12)

无线通信模块电路设计 (13)

惯性测量单元电路设计 (16)

电机驱动电路设计 (18)

串口调试电路设计 (19)

PCB设计 (21)

PCB设计技巧规则 (21)

PCB设计步骤 (22)

PCB外形设计 (23)

实物介绍 (25)

第4章系统软件设计 (27)

Keil 简介 (27)

Keil MDK概述 (27)

Keil MDK功能特点 (27)

软件设计框图 (28)

软件调试仿真 (29)

飞控软件设计 (30)

MPU6050数据读取 (30)

姿态计算IMU (32)

PID电机控制 (32)

结论 (36)

致谢 (38)

参考文献 (39)

附录1 遥控器主程序源代码 (40)

附录2 飞行器主程序源代码 (45)

附录3 遥控器原理图 (50)

附录4 飞行器原理图 (51)

摘要

四轴飞行器具备 VTOL(Vertical Take-Off and Landing，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行。

本设计主要包括遥控器和飞行器两大部分，其中央处理器CPU均采用基于32位ARM Corex-M3内核的NXP LPC1549，时钟频率为72MHz；飞行器与遥控器之间的无线通信采用通信频段的NRF24L01模块，NRF24L01模块与MCU之间通过SPI协议以1MHz的通信速率通信；飞行器端搭载有3轴加速度计与三轴陀螺仪融合一体的MPU6050惯性测量单元作为姿态欧拉角测量单元，MPU6050与飞行器MCU之间通过I2C协议以400Hz的频率进行通信；飞行器端MCU通过接收无线数据以及采集MPU6050数据通过四元数互补滤波计算出的欧拉角，再进行电机PID 自动控制，最终以20KHz的PWM通过MOS管来驱动空心杯820直流有刷电机，得以实现遥控四轴飞行器的设计。

关键词四轴飞行器；PID自动控制；MPU6050；PWM

ABSTRACT

Four-axis aircraft equipped with VTOL (Vertical Take-Off and Landing, vertical take off and landing) aircraft with all the advantages, and UAV's low cost strong, repeatable, and low accident costs, has broad application prospects. Can be used in military battlefield reconnaissance and surveillance, access is not easy to get information. Able to perform special tasks such as patrolling the no fly zone and close air support, could cope with modern electronic warfare, communications relay of modern warfare. In civil use can be used for post-disaster rescue, traffic patrol and tracking, and many other aspects of the city. Can be used in a safety inspection on the industrial, large-scale chemical sites, high-voltage power lines, dams, bridges and artificial mountain after the earthquake are not easy to reach space.

This design includes two remote controls and aircraft parts, central processing unit CPU using of 32ARM NXP Corex-M3 kernel LPC1549,clock frequency is 72MHz; Wireless communication 2.4G communication with the remote control of aircraft band NRF24L01 module NRF24L01 module between the MCU and 1MHz communication