四旋翼飞行器姿态控制系统的设计与实现

大连理工大学硕士学位论文

测量精度为１～２度，具有１２Ｃ数据接口，最高数据更新频率为１６０Ｈｚ，工作电压为２．１６．３．６Ｖ，可测量磁场范围是±８０ｅ。ＨＭＣ５８８３可以通过１２Ｃ总线挂载到ＭＰＵ６０５０上，通过操作ＭＰＵ６０５０即可获取ＨＭＣ５８３的数据，电路原理图见下图。

图４．７ＨＭＣ５８８３电路原理图

Ｆｉｇ．４．７ＴｈｅｃｉｒｃｕｉｔｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆＨＭＣ５８８３

气压计选择ＢＯＳＣＨ公司生产的数字式大气压力传感器ＢＭＰ０８５。ＢＭＰ０８０５对大气压的测量范围是３００～１１００ｈＰａ，对应的水平面高度为＋９０００￣－５００ｍ，可测量温度，工作电压为１．８～３．６Ｖ。内部集成了ＡＤＣ和１２Ｃ接ＶＩ，可以将测量到的温度和气压信息由模拟量直接转换为数字量直接通过１２Ｃ接口输出，电路原理图见下图。

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图４．８ＢＭＰ０８５原理图

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４．４驱动单元设计与实现

由于选用了直流无刷电机作为四旋翼飞行器的动力源，而且直流无刷电机需要有专用的驱动和换向电路才能工作，因此必须为直流无刷电机搭配调速器。直流无刷电机的调速方式分为有感驱动与无感驱动两种方式，有感驱动通过外置的霍尔元件检测转子的位置，适用于需要频繁启动的应用环境中，但是结构比较复杂。无感驱动方式取消了外

四旋翼飞行器的姿态控制系统设计与实现

再延时３０度的电周期后就可以换向。由于无法引出电机定子绕组的中性点，所以采用虚拟中性点的方式来检测感应电动势电路，如下图所示：

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图４．１２过零检测电路原理

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主控芯片采用Ａｔｍｅｇａ８８，其最小系统原理图见下图：

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图４．１３

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ｏｆＡｔｍｅｇａ８８４。５四旋翼飞行器系统软件设计

４．５．１姿态检测软件设计

姿态检测单元的主控芯片通过１２Ｃ总线读取ＭＰＵ６０５０和ＨＭＣ５８８３的数据后采用３．２节中的姿态解算算法进行解算，最后求得载体的俯仰角、横滚角和偏航角。为了能