四轴飞行器课件PPT

四轴飞行器汇报人：电子信息工程指导老师：研究背景及原理概述1系统整体框图2硬件及软件设计3

成果展示4研究背景及意义：近年来，由于微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems，MEMS）技术快速发展，同时低成本、普及的传感器的产生。便出现以算法与传感器为核心的四轴飞行器成为热门的研究课题，其有着重量轻、体积小、结构简单、机动性高、维护方便等优点。

四轴飞行器基于以上优点，可以应用于实时监控、地形探勘、灾区救援及收寻。原理概述：四轴飞行器的飞行模式如下图所示，当升力等于四轴飞行器自身重量时，飞行器就会保持悬停状态；在悬停状态下增加或减少相邻两边马达的旋转速度，则会使四轴飞行器倾斜，达到移动；分别增加与减少对角马达转速，则可使飞行器自旋。原理概述：控制算法为四轴飞行器之核心，其中主要包含了传感器的校正、姿态的计算、与平衡的控制。一开始先读取传感器数据，然后对读到的数据作校正，校正完后通过四元数算法计算飞行器姿态，并依此当前的姿态做PID平衡，以达到平衡飞行。32%系统整体框图2四轴飞行器的系统运作示意图如右图所示，微控制器从传感器读取信息，转换成飞行器姿态，飞行器上的微控制器依此当前姿态，转换成PWM信号控制电调，改变无刷电机转速，来达到自主平衡与方向控制。50%32%硬件及软件设计33.2电子调速器由此装置可以简化无刷马达的控制，这里简称电调。电调内已放置了驱动电路与无刷马达控制程序，只需输入PWM即可控制无刷马达。如图二所示。图二3.1机身用来放置控制器、马达、电池…等等的平台。机身的大小，会限制螺旋桨的长度，进而影响到负载的大小；机身的硬度，会使感测器受到马达所产生震动影响的大小。本次专题使用对角长度250mm的机身。如图一此次四轴飞行器的结构由两对正反桨、四颗无刷马达、四个电子调速器（电调）、一颗电池构成。图一50%硬件及软件设计33.3螺旋桨经由马达旋转来产生升力，以推动飞行器。其中螺旋桨依对角分成两组，两组旋转方向为相反，以达到水平的旋转力矩平衡。在相同转速下，螺旋桨越长，攻角越大，所提供的升力就越大，但所受到的阻力亦会越大，所以转动大的桨需要扭力大的马达。本次专题使用6030的螺旋桨（长60mm，螺距30），如图三所示。图三3.4无刷马达旋转螺旋桨来提供升力，以推动飞行器。与有刷马达相比，无刷马达具有扭力大、低耗损的优点，但由于其结构，必须加上一些电路与较为复杂的方法控制。本次使用KV的无刷马达。见图四3.5电池提供控制板与马达电源。本次专题使用11.1V1500mAh的锂电池（最大放电25C，瞬间35C），如图五所示。图四图五50%32%硬件及软件设计33.6单片机

选用采用意法半导体公司（ST）的32位微控制器STM32F405RG作为主控制器，其CPU采用ARMCortex-M4；具有210DMIPS的处理能力，最高工作频率168MHz，196KbytesSRAM，1MbyteFlash，有浮点数运算单元（FPU）、DSP指令集；并设有USB、SDIO、USART、SPI、IC等外设。微控制器通过1个SPI与无线传输模块连接，1个2C与惯性测量单元连接，4个信道的PWM与4个电调连接。图3.7惯性测量单元（IMU）如图为单片机的I2C接口与传感器的连接示意。使用I2C总线即可与多个装置通信。本次使用MPU6050（三轴加速度陀螺仪传感器）与HMC5883(电子罗盘)。50%32%硬件及软件设计33.8电源模块四轴飞行器的电源供应如图所示，由锂电池作为电力的来源，11.1v经过LM2596转换成5v，再经由AMS1117转换为3.3v，其中11.1v供电给电调与无刷马达，5v供电给其他设备，3.3v供电给飞控板。图3.9无线模块无线传输模块用于向遥控器接收控制信