采用STM32設(shè)計(jì)的四軸飛行器飛控系統(tǒng)的詳細(xì)資料概述

本文檔介紹的主要內(nèi)容是采用STM32設(shè)計(jì)的四軸飛行器飛控系統(tǒng)的詳細(xì)資料概述

　　四軸飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、飛行方式獨(dú)特的垂直起降式飛行器，與普通的飛行器相比具有結(jié)構(gòu)簡單，故障率低和單位體積能夠產(chǎn)生更大升力等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用多個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，非常適合在狹小空間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。因此四旋翼飛行器具有廣闊的應(yīng)用前景，吸引了眾多科研人員，成為國內(nèi)外新的研究熱點(diǎn)。

　　本設(shè)計(jì)主要通過利用慣性測量單元（IMU）姿態(tài)獲取技術(shù)、PID電機(jī)控制算法、2.4G無線遙控通信技術(shù)和高速空心杯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)簡易的四軸方案。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括飛控部分和遙控部分，飛控部分采用機(jī)架和控制核心部分一體設(shè)計(jì)增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，遙控部分采用模擬搖桿操作輸入使操作體驗(yàn)極佳，兩部分之間的通信采用2.4G無線模塊保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。飛行控制板采用高速單片機(jī)STM32作為處理器，采用含有三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)傳感器MPU6050作為慣性測量單元，通過2.4G 無線模塊和遙控板進(jìn)行通信，最終根據(jù)PID控制算法通過PWM方式驅(qū)動(dòng)空心杯電機(jī)來達(dá)到遙控目標(biāo)。

　　1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)主要分要遙控板和飛控板兩個(gè)部分，遙控板采用常見羊角把游戲手柄的外形設(shè)計(jì)，控制輸入采用四向搖桿，無線數(shù)據(jù)傳輸采用2.4G無線模塊。飛控板采用控制處理核心和機(jī)架一體的設(shè)計(jì)即處理器和電機(jī)都集成在同一個(gè)電路板上，采用常規(guī)尺寸能夠采用普通玩具的配件。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)同樣包括遙控板和飛控板兩部分的工作，遙控板軟件的設(shè)計(jì)主要包括ADC的采集和數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。飛控板的軟件的設(shè)計(jì)主要包括無線數(shù)據(jù)的接收，自身姿態(tài)的實(shí)時(shí)結(jié)算，電機(jī)PID增量的計(jì)算和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。整個(gè)四軸飛行器系統(tǒng)包括人員操作遙控端和飛行器控制端，遙控端主控制器STM32通過ADC外設(shè)對(duì)搖桿數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)通過2.4G無線通信模塊發(fā)送至飛控端。飛控板的主要工作就是通過無線模塊進(jìn)行控制信號(hào)的接收，并且利用慣性測量單元獲得實(shí)時(shí)系統(tǒng)加速度和角速度原始數(shù)據(jù)，并且最終解算出當(dāng)前的系統(tǒng)姿態(tài)，然后根據(jù)遙控板發(fā)送的目標(biāo)姿態(tài)和當(dāng)姿態(tài)差計(jì)算出PID電機(jī)增量，然后通過PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)飛行器的穩(wěn)定飛行。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

　　四軸飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、飛行方式獨(dú)特的垂直起降式飛行器，與普通的飛行器相比具有結(jié)構(gòu)簡單，故障率低和單位體積能夠產(chǎn)生更大升力等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用多個(gè)領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，非常適合在狹小空間內(nèi)執(zhí)行任務(wù)。因此四旋翼飛行器具有廣闊的應(yīng)用前景，吸引了眾多科研人員，成為國內(nèi)外新的研究熱點(diǎn)。

　　本設(shè)計(jì)主要通過利用慣性測量單元（IMU）姿態(tài)獲取技術(shù)、PID電機(jī)控制算法、2.4G無線遙控通信技術(shù)和高速空心杯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)簡易的四軸方案。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括飛控部分和遙控部分，飛控部分采用機(jī)架和控制核心部分一體設(shè)計(jì)增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，遙控部分采用模擬搖桿操作輸入使操作體驗(yàn)極佳，兩部分之間的通信采用2.4G無線模塊保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。飛行控制板采用高速單片機(jī)STM32作為處理器，采用含有三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)的運(yùn)動(dòng)傳感器MPU6050作為慣性測量單元，通過2.4G 無線模塊和遙控板進(jìn)行通信，最終根據(jù)PID控制算法通過PWM方式驅(qū)動(dòng)空心杯電機(jī)來達(dá)到遙控目標(biāo)。

　　1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)主要分要遙控板和飛控板兩個(gè)部分，遙控板采用常見羊角把游戲手柄的外形設(shè)計(jì)，控制輸入采用四向搖桿，無線數(shù)據(jù)傳輸采用2.4G無線模塊。飛控板采用控制處理核心和機(jī)架一體的設(shè)計(jì)即處理器和電機(jī)都集成在同一個(gè)電路板上，采用常規(guī)尺寸能夠采用普通玩具的配件。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)同樣包括遙控板和飛控板兩部分的工作，遙控板軟件的設(shè)計(jì)主要包括ADC的采集和數(shù)據(jù)的無線發(fā)送。飛控板的軟件的設(shè)計(jì)主要包括無線數(shù)據(jù)的接收，自身姿態(tài)的實(shí)時(shí)結(jié)算，電機(jī)PID增量的計(jì)算和電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。整個(gè)四軸飛行器系統(tǒng)包括人員操作遙控端和飛行器控制端，遙控端主控制器STM32通過ADC外設(shè)對(duì)搖桿數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)通過2.4G無線通信模塊發(fā)送至飛控端。飛控板的主要工作就是通過無線模塊進(jìn)行控制信號(hào)的接收，并且利用慣性測量單元獲得實(shí)時(shí)系統(tǒng)加速度和角速度原始數(shù)據(jù)，并且最終解算出當(dāng)前的系統(tǒng)姿態(tài)，然后根據(jù)遙控板發(fā)送的目標(biāo)姿態(tài)和當(dāng)姿態(tài)差計(jì)算出PID電機(jī)增量，然后通過PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)飛行器的穩(wěn)定飛行。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。