四轴飞行器报告(中级篇)

四轴飞行器报告(中级篇)

姓名: 阿力木江艾合买提江高瞻

完成日期: 2014年11月10日星期一

报告内容

1.软件架构及其思想

2.模块选用及配型

软件架构及其思想

定时器4里面的任务，是整个飞机的核心,定时器3主要是配合上位机,用于调试测量

任何一个处理器要正常运行后面的代码，首先必须得有一大段设备初始化的代码先运行，这些代码用于初始化处理器的内部时钟、中断优先级、I/O 口的输入输出方向等等，也就是为后续代码正常运行，做了一个环境配置准备。

飞行器的主控是Crotex-M3内核(STM32)，其实就是ARM架构发展到一定阶段的产物。Crotex-M3还是ARM架构。于是，对ARM的初始化，首先必须要做的就是系统时钟初始化，中断向量表初始化，中断优先级初始化，I/O方向初始化，如下：

STM32内部模拟E E P ROM初始化→LE D初始化→延时函数初始化→蓝牙电源使能初始化→电机P WM输出初始化→电池电压AD初始化→IIC总线初始化→传感器初始化→P ID参数初始化→无线收发模块初始化为接受模式→开蓝牙→开定时器3→开定时器4。

.接下来，程序运行到while（1）,程序会一直停在这里，等待数据中断的到来。

在初始化代码段，我们说到初始化了两个定时器，一个定时器3，一个定时器4，这两个定时器都可以打断死循环

w hile（1）。定时器3用于广播机身姿态信息，定时器4用于更新遥控数据+机身姿态融合+P ID计算输出+P WM输出。可以看到，定时器4里面任务的优先级明显要比定时器3实时性要求更高，所以。中断优先级的顺序是：定时器4 > 串口中断 > 定时器3。姿态更新频率为1000Hz，广播信息更新频率为1Hz。

可以看到定时器4的中断服务函数TIM4_IRQHandler()中，有个一Controler()。

而Controler()内部，DMP姿态输出→接收遥控器数据→接收串口数据→P ID计算+P WM输出,这些任务构成了Controler()函数。

飞行器在飞行过程中,会向上位机发送姿态数据。于是，我们用了一个定时器来处理串口发送数据的问题。

ISP下载是通过UART1来实现的，有线串口打印用的UART1，2.1蓝牙透传也是接的UART1。所以，为了避免蓝牙透传和有线串口之间的数据冲突，将蓝牙的供电设计成了软件使能方式启动蓝牙电源。这样一来，就可以程控切换数据通道，保证数据正常。

从定时器3的中断服务子程序可以看到，每进一次中断，向串口打印一次logo以及相关的姿态信息数据。用串口助手可以看到如图所示的姿态信息反馈。

由于姿态数据对实时性要求是最高的，所以，处理姿态的代码应该是优先执行的，所以，定时器4的优先级要高于串口打印的优先级，即定时器4 > 串口中断 > 定时器3。

模块选用及配型

核心模块:主控MCU模块,2.4G[NRF无线模块,蓝牙透传模块],姿态解算传递模块,电源管理模块,电机驱动模块

硬件原理讲解

原件选型

∙主控：STM32f103T8U6

∙姿态传感器：MP U6050（3加速度+3角速度）

∙电子罗盘：HMC5883L

∙无线通信协议：NRF24L01+ 与蓝牙2.1/蓝牙4.0透传共存

∙有线通信协议：CP2102（USB转串口）

∙电机驱动：SI2302场效应管

∙外部接口:标准mircoUSB接口

∙电机：Coreless高速电机3W转/分钟

∙桨叶：46mm黑色正反桨

∙电池：350mAh 25c航模动力电池

原理图简介

最小系统

单片机在任何一个系统里面，无论他扮演什么角色。它要正常工作，都必须要有一个最小系统。

STM32的最小系统一般包括：复位电路，外部时钟电路，启动模式选择电路，电源退偶电路等

外部时钟

，外部时钟我们采用的是8M无源晶振。单片机内部做倍频，系统时钟最高可达到72M

启动模式

STM32的启动模式分为三种，可以下面的表格给出：

由于为了方便调试和二次开发，所以飞行器采用了SWD在线程序调试接口和ISP程序下载两种方式。SWD调试接口可以使用编译调试器在线对程序进行仿真、调试、下载，这对开发人员来说是很方便的，缺点就是需要P C端有一个这样的软件来支撑。串口ISP下载方式，只需要STM32的UART1的两个数据线，就能将编译生成的*.HE X文件烧写进单片机，需要仿真程序就通过SWD用UC/Probe或者MDK连带调试.。

电源退偶

不仅是主控最小系统需要对电源退偶，所有的数字电路和模拟电路共存的系统，都需要对电源退偶。电源退偶，说直接一点就是将电源上的噪声电压引入到地平面，让电源电压保持在一个稳定的值，这样系统才可能稳定工作。怎么做呢？用一个大电容并联一个小电容。

电容对频率越高的信号，呈现低阻特性，对直流呈现高阻特性。那么电源上的噪声对地平面而言，就是一个交流信号，交流信号就能通过电容到达地平面，而电源是一个直流，电容对他呈现出无限大的阻力，无法通过。这样，我们用示波器就可以看到，加了退偶电容的电源会比没加退偶电容的电源，波形要稳定得多。

系统电源

飞行器采用了一节动力电池，电池电压是3.7V，而系统所有芯片都要求是3.3v供电。3.7V到3.3V只有0.4v的压差，打算采用低压差的LDO稳压芯片输出，但是四个空心杯电机转起来以后，瞬间电流能达到3A，此时电池电压会被拉低到一个LDO无法正常工作的值，于是我们后来在中间采用一个过渡的电路：一个DC-DC的升压电路，首先将电池电源升到5V左右，再接入LDO芯片（MIC5205-3.3）如图

锂电池充电管理

锂电池充电这一块，采用的是 LTC4054，外部电路简单，一个电阻R7作为充电限流电阻，充电电流最大可达600mA，充电电流计算公式：IBAT =(VPROG /RPROG)*1000。

R6作为充电指示灯的限流电阻，选择几百欧姆就行了。当充电进行中，引脚STR常低，充电结束时，STR拉高。对应的状态就是：充电时，CHG灯常亮，充电完成，CHG 灯灭。

姿态传感器