基于STM32F4的四軸航拍平臺

方案介紹

本設(shè)計是基于STM32F4的四軸航拍平臺。以STM32F407為控制核心，四軸飛行器為載體，輔以云臺的航拍系統(tǒng)。硬件上由飛控電路，電源管理，通信模塊，動力系統(tǒng)，機(jī)架，云臺伺服系統(tǒng)組成。算法上采用簡潔穩(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)。

設(shè)計采用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、無線藍(lán)牙模塊、電機(jī)啟動模塊，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，傳感器與控制芯片之間采用IIC總線連接，MCU與電調(diào)之間用PWM傳遞控制信號。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控制器控制云臺舵機(jī)和四軸電機(jī)。下圖為本設(shè)計總體框圖。

• 系統(tǒng)硬件設(shè)計：針對前面提出的整體設(shè)計方案，本設(shè)計采取模塊化策略,將各個功能部分開來設(shè)計，最后組合起來。
• 電源管理模塊：四軸飛行器要求整體設(shè)計質(zhì)量較輕，體積較小，因此在電池的選取方面，采用體積小、質(zhì)量輕、容量大的鋰電池供電最合適。系統(tǒng)的核心芯片為STM32F103，常用工作電壓為3.3V，同時慣性測量傳感器，藍(lán)牙通信模塊的常規(guī)供電電壓也為3.3V，鋰電池的電壓為11.4V，要使系統(tǒng)正常工作，需要將11.4V的鋰電池電壓穩(wěn)壓到3.3V。常用的78系列穩(wěn)壓芯片已不再適用，必須選擇性能更好的穩(wěn)壓芯片。

經(jīng)綜合考慮，本電路采用LM1117-3.3和LM2940-5電源部分的核心芯片。電池電源經(jīng)過LM2940-5降到5V后在輸入LM1117-3.3穩(wěn)壓為3.3V。由于電機(jī)部分電流較大，故在飛控電路部分加入了過流保護(hù)，使用500mA的保險絲。