四旋翼飞行器控制系统ppt课件
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❖ 6.使用了GPS全球卫星定位系统，使飞行器具备 了自主导航、自动返航、地理围栏等传统人工遥 控导航飞行器所不具备的功能
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17
应用前景
❖ 本项目研究成果将为四旋翼飞 行器更加出色的完成各种任务提供 无限可能，也可用于航拍、室内狭 小空间的侦查任务 、实时监控 、 儿童玩具等方面。拥有广阔的市场 前景。
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5
项目计划目标
❖ 计划目标是在实际测试中，四旋翼飞 行器能完成从自主起飞，然后根据预设的 航迹点进行自主巡航飞行，悬停在空中或 超低空来获取需要的数据或完成一些简单 的任务，最后进行自主降落等一系列科目。 同时可以切换人工/自动模式，实现双模 式共同操作四旋翼飞行器。
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6
四旋翼飞行器原理
❖ 四轴的控制原理就是，当没有外力并且重量 分布平均时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在 螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴就会 向上升，在拉力与重量相等时，四轴就可以在空 中悬停。在四轴的前方受到向下的外力时，前方 马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平， 同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过 这种动作保持水平的，当需要控制四轴向前飞时， 前方的马达减速，而后方的马达加速，这样，四 轴就会向前倾斜，也相应的向前飞行，同样，需 要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就 可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了。
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2
项目意义
通过该项目可以提高小组成员的 团队协作能力，有利于培养的实践创 新意识与基本能力；有助于工程实践 素质的培养、提高小组成员针对实际 问题进行电子设计制作的能力。这一 项目对于本专业的学习具有不可忽视 的推动作用。
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3
设计背景
四轴飞行器要完成各种任务就需要依赖人工 无线电遥控导航，人工遥控导航飞行只能在视野 范围内进行，如果四轴飞行器要执行视野范围外 的任务，就必须自主导航。目前国内四旋翼飞行 器多为人工遥控航模四旋翼飞行器，依赖于人工 遥控，缺乏自主能动性。且受模型准确性和传感 器合理性等影响，飞行姿态难以实现精准控制， 基于这些缺点，我们提出四旋翼飞行器控制系统 这一项目。
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7
四旋翼飞行器的6种 基本运动状态
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8
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9
总体结构
电池
电调1 电调2 电调3 电调4
传感器
.
飞行控制板
10
电机1 电机2 电机3 电机4
无线传输模块
控制系统电源
❖ 四旋翼飞行器采用3.7伏 锂电池供电，用1sUSB充电 器给锂电池进行充电。
.
11
飞行控制板
四旋翼飞行控制板计划采用STM32作 为主控制器，STM32是一款基于ARM的 32位MCU的闪存、USB、CAN、7个16 位定时器、两个ADC和9个通信接口的芯片。 STM32丰富的片上资源可满足各类传感器 通讯需求，与传统飞行控制器相比，大大的 降低了开发成本，节约了资源。是一款非常 适合本项目开发使用的单片机。
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18
实施思路
首先，小组成员对项目进行分析规划，制 定合理计划，通过指导老师指导、查阅相关书 籍等方式对所需知识进行积累。
其次，小组成员了解项目原理并在软件上 仿真实现。
再次，购买所需设备，组装焊接完成项目 产品。
最后，完成项目产品的软硬件调试。
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19
谢谢！
.
20
❖ 2.采用2.4G无线收发模块nRF24L01，保证了 信息的传输。
❖ 3.采用了C语言编写单机程序，条理清晰。
❖ 4.使用了PID控制器进行飞行器的姿态控制，无 需对飞行器进行精准的数学建模，且PID控制器 结构简单，稳定性好，工作可靠，调整方便。
.
16
创新点
❖ 5.使用了智能传感器技术，与传统飞行器相比更 具智能化。
.
4
国内四旋翼飞行器
发展现状
v 2009年，一台叫做“旋翼飞行机器人” 的空中多功能自主飞行机器人在中国中科 院沈阳自动化研究所研制成功，并在灾害 搜救的实际测试中取得很好的效果。 近年 来，国内四旋翼飞行器发展迅速，由人工 遥控导航向自主导航发展，它们被用于许 多不同领域：航空摄影、空中考古、空中 监视、植被调查、消防救灾、边境控制、 警察、特种部队和军队等等。
.
12
无线通信模块
❖ 无限通信模块采用2.4G无线收发 模块nRF24L01来实现四旋翼飞行器 与遥控器之间信息的交互，实现遥控 器对四旋翼飞行器的操控，遥控器用 一块1S锂电池经升压板输出9伏电压 作为电源。
.wenku.baidu.com
13
传感器
❖ 为实现四旋翼飞行器的人工智能，除采用传 统的6轴传感器MPU6050，我们将尝试用超声 波传感器，红外传感器，增加摄像头，用DSP芯 片进行数据处理实现自动壁障，加入电压传感器， 实现对电源的实时监控，加入了GPS全球卫星定 位系统使其拥有了自动导航等功能，在本系统的 基础上，我们还将添加电子罗盘，将偏航角引入 到导航计算中，从而使飞行器的飞行路线更加精 确与稳定。
四旋翼飞行器控制系统
❖ 所属系统： ❖ 项目负责： ❖ 指导教师：
.
1
项目简要
❖ 该项目是利用单片机通过调节电机转 速来控制飞行器飞行展开的，通过调节电 机来实现四旋翼飞行器飞行姿态的控制， 使其实现垂直运动、俯仰运动、滚转运动、 偏航运动、前后运动、侧向运动等6种基本 运动状态，利用陀螺仪进行物体姿态检测， 利用智能传感器技术和GPS全球卫星定位 系统使飞行器在无人操控的情况下实现智 能化自主导航、自动返航、地理围栏等功 能。
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14
程序流程图
开始 系统初始化 接受解码遥控信号 设置相应飞行参数
3ms中断？
进行短周期数据融合 数据采集次数=160xn？
进行长周期数据融合 控制量输出
采集传感器数据
.
15
创新点
❖ 1.采用STM32作为主控制器，增强了处理速度。 STM32丰富的片上资源可满足各类传感器通讯 需求，与传统飞行控制器相比，大大的降低了开 发成本，节约了资源。
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应用前景
❖ 本项目研究成果将为四旋翼飞 行器更加出色的完成各种任务提供 无限可能，也可用于航拍、室内狭 小空间的侦查任务 、实时监控 、 儿童玩具等方面。拥有广阔的市场 前景。
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项目计划目标
❖ 计划目标是在实际测试中，四旋翼飞 行器能完成从自主起飞，然后根据预设的 航迹点进行自主巡航飞行，悬停在空中或 超低空来获取需要的数据或完成一些简单 的任务，最后进行自主降落等一系列科目。 同时可以切换人工/自动模式，实现双模 式共同操作四旋翼飞行器。
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四旋翼飞行器原理
❖ 四轴的控制原理就是，当没有外力并且重量 分布平均时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在 螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴就会 向上升，在拉力与重量相等时，四轴就可以在空 中悬停。在四轴的前方受到向下的外力时，前方 马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平， 同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过 这种动作保持水平的，当需要控制四轴向前飞时， 前方的马达减速，而后方的马达加速，这样，四 轴就会向前倾斜，也相应的向前飞行，同样，需 要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就 可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了。
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项目意义
通过该项目可以提高小组成员的 团队协作能力，有利于培养的实践创 新意识与基本能力；有助于工程实践 素质的培养、提高小组成员针对实际 问题进行电子设计制作的能力。这一 项目对于本专业的学习具有不可忽视 的推动作用。
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设计背景
四轴飞行器要完成各种任务就需要依赖人工 无线电遥控导航，人工遥控导航飞行只能在视野 范围内进行，如果四轴飞行器要执行视野范围外 的任务，就必须自主导航。目前国内四旋翼飞行 器多为人工遥控航模四旋翼飞行器，依赖于人工 遥控，缺乏自主能动性。且受模型准确性和传感 器合理性等影响，飞行姿态难以实现精准控制， 基于这些缺点，我们提出四旋翼飞行器控制系统 这一项目。
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四旋翼飞行器的6种 基本运动状态
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总体结构
电池
电调1 电调2 电调3 电调4
传感器
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飞行控制板
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电机1 电机2 电机3 电机4
无线传输模块
控制系统电源
❖ 四旋翼飞行器采用3.7伏 锂电池供电，用1sUSB充电 器给锂电池进行充电。
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飞行控制板
四旋翼飞行控制板计划采用STM32作 为主控制器，STM32是一款基于ARM的 32位MCU的闪存、USB、CAN、7个16 位定时器、两个ADC和9个通信接口的芯片。 STM32丰富的片上资源可满足各类传感器 通讯需求，与传统飞行控制器相比，大大的 降低了开发成本，节约了资源。是一款非常 适合本项目开发使用的单片机。
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实施思路
首先，小组成员对项目进行分析规划，制 定合理计划，通过指导老师指导、查阅相关书 籍等方式对所需知识进行积累。
其次，小组成员了解项目原理并在软件上 仿真实现。
再次，购买所需设备，组装焊接完成项目 产品。
最后，完成项目产品的软硬件调试。
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谢谢！
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❖ 2.采用2.4G无线收发模块nRF24L01，保证了 信息的传输。
❖ 3.采用了C语言编写单机程序，条理清晰。
❖ 4.使用了PID控制器进行飞行器的姿态控制，无 需对飞行器进行精准的数学建模，且PID控制器 结构简单，稳定性好，工作可靠，调整方便。
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创新点
❖ 5.使用了智能传感器技术，与传统飞行器相比更 具智能化。
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国内四旋翼飞行器
发展现状
v 2009年，一台叫做“旋翼飞行机器人” 的空中多功能自主飞行机器人在中国中科 院沈阳自动化研究所研制成功，并在灾害 搜救的实际测试中取得很好的效果。 近年 来，国内四旋翼飞行器发展迅速，由人工 遥控导航向自主导航发展，它们被用于许 多不同领域：航空摄影、空中考古、空中 监视、植被调查、消防救灾、边境控制、 警察、特种部队和军队等等。
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无线通信模块
❖ 无限通信模块采用2.4G无线收发 模块nRF24L01来实现四旋翼飞行器 与遥控器之间信息的交互，实现遥控 器对四旋翼飞行器的操控，遥控器用 一块1S锂电池经升压板输出9伏电压 作为电源。
.wenku.baidu.com
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传感器
❖ 为实现四旋翼飞行器的人工智能，除采用传 统的6轴传感器MPU6050，我们将尝试用超声 波传感器，红外传感器，增加摄像头，用DSP芯 片进行数据处理实现自动壁障，加入电压传感器， 实现对电源的实时监控，加入了GPS全球卫星定 位系统使其拥有了自动导航等功能，在本系统的 基础上，我们还将添加电子罗盘，将偏航角引入 到导航计算中，从而使飞行器的飞行路线更加精 确与稳定。
四旋翼飞行器控制系统
❖ 所属系统： ❖ 项目负责： ❖ 指导教师：
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项目简要
❖ 该项目是利用单片机通过调节电机转 速来控制飞行器飞行展开的，通过调节电 机来实现四旋翼飞行器飞行姿态的控制， 使其实现垂直运动、俯仰运动、滚转运动、 偏航运动、前后运动、侧向运动等6种基本 运动状态，利用陀螺仪进行物体姿态检测， 利用智能传感器技术和GPS全球卫星定位 系统使飞行器在无人操控的情况下实现智 能化自主导航、自动返航、地理围栏等功 能。
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程序流程图
开始 系统初始化 接受解码遥控信号 设置相应飞行参数
3ms中断？
进行短周期数据融合 数据采集次数=160xn？
进行长周期数据融合 控制量输出
采集传感器数据
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创新点
❖ 1.采用STM32作为主控制器，增强了处理速度。 STM32丰富的片上资源可满足各类传感器通讯 需求，与传统飞行控制器相比，大大的降低了开 发成本，节约了资源。