STM32的四軸飛行器
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- STM32的四軸飛行器關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器，STM32F4，捷聯(lián)式慣導(dǎo)，飛行控制系統(tǒng)，四元數(shù)，云臺(tái)
摘要
本設(shè)計(jì)是基于STM32F4的四軸航拍平臺(tái)。以STM32F407為控制核心，四軸飛行器為載體，輔以云臺(tái)的航拍系統(tǒng)。硬件上由飛控電路，電源管理，通信模塊，動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)架，云臺(tái)伺服系統(tǒng)組成。算法上采用簡(jiǎn)潔穩(wěn)定的四元數(shù)加互補(bǔ)濾波作為姿態(tài)解算算法，PID作為控制器，實(shí)現(xiàn)飛行，云臺(tái)增穩(wěn)等功能。具有靈活輕盈，延展性，適應(yīng)性強(qiáng)好等特點(diǎn)。
1.引言
四軸飛行器是一種利用四個(gè)旋翼作為飛行引擎來(lái)進(jìn)行空中飛行的飛行器。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，電子技術(shù)飛速發(fā)展四軸飛行器開(kāi)始走向小型化，并融入了人工智能，使其發(fā)展趨于無(wú)人機(jī)，智能機(jī)器人。
四軸飛行器不但實(shí)現(xiàn)了直升機(jī)的垂直升降的飛行性能，同時(shí)也在一定程度上降低了飛行器機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度。四軸飛行器的平衡控制系統(tǒng)由各類(lèi)慣性傳感器組成。在制作過(guò)程中，對(duì)整體機(jī)身的中心、對(duì)稱(chēng)性以及電機(jī)性能要求較低，這也正是制作四軸飛行器的優(yōu)勢(shì)所在，而且相較于固定翼飛機(jī)，四軸也有著可垂直起降，機(jī)動(dòng)性好，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
在實(shí)際應(yīng)用方面，四軸飛行器可以在復(fù)雜、危險(xiǎn)的環(huán)境下可以完成特定的飛行任務(wù)，也可以用于監(jiān)控交通，環(huán)境等。比如，在四軸飛行器上安裝甲烷等有害氣體的檢測(cè)裝置，則可以在高空定點(diǎn)地檢測(cè)有害氣體；進(jìn)入輻射區(qū)檢查核設(shè)施；做軍事偵察；甚至搬運(yùn)材料，搭建房屋等等。本設(shè)計(jì)利用四軸搭載云臺(tái)實(shí)現(xiàn)航拍任務(wù)，當(dāng)然經(jīng)過(guò)改裝也可以執(zhí)行其他任務(wù)。
本設(shè)計(jì)主要研究了四軸飛行器的姿態(tài)結(jié)算和飛行控制，并設(shè)計(jì)制作了一架四軸飛行器，對(duì)關(guān)鍵傳感器做了標(biāo)定，并利用用matlab分析數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)算法，還進(jìn)行了單通道平衡試驗(yàn)調(diào)試，進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)取得了一定的效果。
2.系統(tǒng)方案
本設(shè)計(jì)采用STM32F4作為核心處理器，該處理器內(nèi)核架構(gòu) ARM Cortex-M4，具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)。
主控板包括傳感器MPU6050電路模塊、無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙模塊、電機(jī)啟動(dòng)模塊，電源管理模塊等；遙控使用商品遙控及接收機(jī)。控制芯片捕獲接收機(jī)的PPM命令信號(hào)，傳感器與控制芯片之間采用IIC總線(xiàn)連接，MCU與電調(diào)之間用PWM傳遞控制信號(hào)。
軟件算法才用基于四元數(shù)的互補(bǔ)濾波解算姿態(tài)叫，控制算法才用經(jīng)典PID控制器控制云臺(tái)舵機(jī)和四軸電機(jī)。如圖2-1為本設(shè)計(jì)總體框圖...
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