四轴飞行器说明书

四轴飞行器

作品名称：四轴飞行器

工作原理：四轴飞行器主机采用了意法半导体公司的STM32F103CBT6处理器，该芯片采用ARM32位Cortex-M3内核。具有128K的Flash与20K的SRAM，内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。板载MPU6050，该芯片整合了3轴陀螺仪与3轴加速器的6轴运动处理组件，与处理器采用I2C通信进行数据传送。主机与遥控之间采用的是NRF24L01+模块，该模块工作在2.4～2.5GHz全球免申请ISM工作频段。支持125个通讯频率。使用增强型的Enhanced ShockBurst传输模式，支持6个数据通道（共用FIFO）。通过SPI与MCU连接，速率0～8Mbps。理论传输距离可达到2KM。

飞行器遥控器亦采用STM32F103CBT6处理器，通过摇杆的X,Y轴输出为两个电位器，再通过AD转换读出扭动角度，从而在程序内部定义其所读取角度信息的动作映射。遥控器具有三组微调旋钮，可以调整到其水平位置。遥控器也使用NRF24L01+芯片与飞行器主机进行数据传输。遥控器板载TP4057芯片，可以直接给电池充电。并且使用蜂鸣器，对主机状态（例如：无法连接，低电压，连接断开等）进行报警。

制作材料：

1.STM32F103CBT6：该芯片由意法半导体生产，采用ARM32位Cortex-M3内核。

具有128K的Flash与20K的SRAM，芯片集成丰富的外设，例如：定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，PWM等。内部具有锁相环模块，最高频率可达到72MHZ。

2. MPU6050，全球首例整合性6轴运动处理组件，整合了3轴陀螺仪、3轴加速器，

并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌的加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，并为应用开发提供架构化的API。

3. NRF24L01+：一款新型单片射频收发器件,工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。

内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA；接收时，工作电流只有12.3 mA，

多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便

4. TP4057：一款完整的单节锂离子电池带电池正负极反接保护采用恒定电流/恒定电

压线性充电器。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4057成为便携式应用的理想选择。TP4057可以适合USB电源和适配器电源工作。由于采用了内部PMOSFET 架构，加上防充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定

4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压

之后降至设定值1/10 时，TP4057将自动终止充电循环。

5. 空心杯电机：空心杯电机属于直流、永磁、伺服微特电机。空心杯电动机具有突出

的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，作为高效率的能量转换装置，代表了电动机的发展方向。空心杯电机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子。空心杯电机具有十分突出的节能、控制和拖动特性。理论转速可达到4万转每分钟。

作品用途：四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一种智能机器人。最初是由航空模型爱好者自制成功，后来很多自动化厂商发现它可以用于多种用途而积极参于研制。它利用四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行，它的尺寸较小、重量较轻、适合携带和使用、能够携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力。在复杂、危险的环境下完成特定的飞行任务。创新意义：四轴飞行器，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，四轴飞行器只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。

其技术上也具有很多的难点：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，微型四轴无人飞行器是一个具有六个自由度，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，使得飞行控制系统的设计变得非常困难。再次，利用陀螺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，是实现微型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。四轴飞行器应用范围很广，由于其具有可靠的稳定性，一般可用于航拍，桥梁检测，定点巡航等。