無人機設(shè)計中STM32庫實現(xiàn)的模擬i2c代碼

目前發(fā)現(xiàn)國內(nèi)正兒八經(jīng)機器人、無人機并且還能活躍地上網(wǎng)關(guān)注行業(yè)前沿動向、熱愛寫科普文章的研究人員原來越少。因此所有的研究回答里都沒有人真正說明白無人機到底是什么，而理解無人機到底是什么才是回答這個問題的先決條件。

什么是無人機

首先，無人機就是不載人的飛行器，而說到飛行器，通常我們又可以把飛行器分為三類。

1、固定翼(fixed wing)。平時坐的波音747空客A380，還有F-16殲-15之類的都是固定翼飛機。顧名思義就是翅膀形狀固定，靠流過機翼的風提供升力。動力系統(tǒng)包括槳和助推發(fā)動機。固定翼根據(jù)機翼尺寸的不同還有很多小的分類，在此不細說。固定翼飛行器的優(yōu)點是在三類飛行器里續(xù)航時間最長、飛行效率最高、載荷最大，缺點是起飛的時候必須要助跑，降落的時候必須要滑行。

2、直升機(helicopter)。特點是靠一個或者兩個主旋翼提供升力。如果只有一個主旋翼的話，還必須要有一個小的尾翼抵消主旋翼產(chǎn)生的自旋力。為了能往前后左右飛，主旋翼有極其復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，通過控制旋翼槳面的變化來調(diào)整升力的方向。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機、整套復(fù)雜的槳調(diào)節(jié)系統(tǒng)、槳。直升機的優(yōu)點是可以垂直起降，續(xù)航時間比較中庸，載荷也比較中庸。缺點是極其復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)導致了比較高的維護成本。

3、多旋翼(multi-rotor)。四個或者更多個旋翼的直升機，也能垂直起降，但是通常只有直升機叫直升機，多旋翼就叫多旋翼，而不叫多旋翼直升機。四旋翼特別叫做quadrotor。多旋翼機械結(jié)構(gòu)非常簡單，動力系統(tǒng)只需要電機直接連槳就行。下圖是直升機的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，再下圖是多旋翼的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不懂機械的人也能看出多旋翼簡單得多。多旋翼的優(yōu)點是機械簡單，能垂直起降，缺點是續(xù)航時間最短，載荷也最小。

給大家介紹下四旋翼無人機，看看啥是真正的技術(shù)，吼吼吼......

1.i2c通信方式

因為我不是學電類專業(yè)，最開始對i2c這些是沒有一點概念，最后通過Google了解了一些原理，然后發(fā)現(xiàn)STM32的開發(fā)庫是帶有i2c通信的相關(guān)函數(shù)的，但是我最后還是沒有用這些函數(shù)。

我通過GPIO模擬i2c,這樣也能獲得mpu6050的數(shù)據(jù)，雖然代碼多了一些，但是比較好的理解i2c的原理。

STM32庫實現(xiàn)的模擬i2c代碼（注釋好像因為編碼問題跪了）：

2.PID控制算法

由于簡單的線性控制不可能滿足四軸飛行器這個靈敏的系統(tǒng)，引入PID控制器來更好的糾正系統(tǒng)。

簡介：PID實指“比例proportional”、“積分integral”、“微分derivative”，這三項構(gòu)成PID基本要素。每一項完成不同任務(wù)，對系統(tǒng)功能產(chǎn)生不同的影響。

以Pitch為例：

error為期望角減去實時角度得到的誤差；

iState為積分i參數(shù)對應(yīng)累積過去時間里的誤差總和；

if語句限定iState范圍，繁殖修正過度；

微分d參數(shù)為當前姿態(tài)減去上次姿態(tài)，估算當前速度（瞬間速度）；

總調(diào)整量為p,i,d三者之和；

這樣，P代表控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，越大，響應(yīng)越快。

I：用來累積過去時間內(nèi)的誤差，修正P無法達到的期望姿態(tài)值（靜差）；

D：加強對機體變化的快速響應(yīng)，對P有抑制作用。

PID各參數(shù)的整定需要綜合考慮控制系統(tǒng)的各個方面，才能達到最佳效果。

3.輸出PWM信號

PID計算完成之后，便可以通過STM32自帶的定時資源很容易的調(diào)制出四路pwm信號，采用的電調(diào)pwm格式為50Hz，高電平持續(xù)時間0.5ms-2.5ms；

我以1.0ms-2.0ms為每個電機的油門行程，這樣，1ms的寬度均勻的對應(yīng)電調(diào)的從最低到最高轉(zhuǎn)速。

至此，一個用STM32和mpu6050搭建的飛控系統(tǒng)就算實現(xiàn)了。