2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题）
2015年8月15日
摘要
本文对四旋翼碟形飞行器进行了初步的研究和设计。首先，对飞行器各旋翼的电机选择做了论证，分析了实际升力效率与PWM的关系并选择了此样机的最优工作频率，并重点对飞行器进行了硬件和软件的设计。
本飞行器采用瑞萨R5F100LEA单片机为主控制器，通过四元数算法处理传感器MPU6000采集机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。整个控制系统包括电源模块、传感器检测模块、电机调速模块、飞行控制模块及微处理器模块等。角度传感器和角速率传感模块为整个系统提供飞行器当前姿态和角速率信号，构成飞行器的增稳系统。本系统经过飞行测试，可以达到设计要求。关键字：R5F100LEA单片机、传感器、PWM、PID控制。
目录
1系统方案 (1)
1.1电机的论证与选择 (1)
1.2红外对管检测传感器的论证与选择 (1)
1.3电机驱动方案的论证与选择 (2)
2系统控制理论分析 (2)
2.1控制方式 (2)
2.2 PID模糊控制算法 (2)
3控制系统硬件与软件设计 (4)
3.1系统硬件电路设计 (4)
3.1.1系统总体框图 (4)
3.1.2 飞行控制电路原理图 (4)
3.1.3电机驱动模块子系统 (5)
3.1.4电源 (5)
3.1.5简易电子示高模块电路原理图 (6)
3.2系统软件设计 (6)
3.2.1程序功能描述与设计思路 (6)
3.2.2程序流程图 (6)
4测试条件与测试结果 (7)
4.1 测试条件与仪器 (7)
4.2 测试结果及分析 (7)
4.2.1测试结果(数据) (7)
4.2.2测试分析与结论 (8)
附录1：电路图原理 (9)
附录2：源程序 (10)
1系统方案
本系统主要由电源模块、电机调速控制模块、飞行控制模块、传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
1.1电机的论证与选择
四旋翼无人飞行器是通过控制四个不同无刷直流电机的转速，达到控制四旋翼无人
飞行器的飞行姿态和位置，与传统直升机通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，达到控
制直升机的目的不同。在电机的选型上，主要有直流有刷电机和直流无刷电机两种。
方案一：直流有刷电机是当前普遍使用的一种直流电机，它的驱动电路简单、控制
方法成熟，但是直流有刷电机使用电刷进行换向，换向时电刷与线圈触电存在机械接触，
电机长时间高速转动使极易因磨损导致电气接触不良等问题，而且有刷电机效率低、力
矩小、重量大，不适合对功率重量比敏感的电动小型飞行器。
方案二：直流无刷电机能量密度高、力矩大、重量轻，采用非接触式的电子换向方
法，消除了电刷磨损，较好地解决了直流有刷电机的缺点，适用于对功率重量比敏感的
用途，同时增强了电机的可靠性。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.2红外对管检测传感器的论证与选择
探测地面黑线的基本原理是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白色地面对光的
反射系数不同，所以可以根据接收到的反射光强弱来判断黑线。可实现的方案有：
方案一：采用普通发光二极管及光敏电阻组成的发射接收方案。该方案在实际使用
时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到。主要是因为可见光的反射效果跟地
表的平坦程度、地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响。虽然可采取超高高度
发光二极管降低一定的干扰，但这又增加额外的功率损耗。
方案二：红外避障传感器E18-D80NK。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，
发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出，有效的避免了可见光的干扰。
透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测80厘米距离。检测障碍物的距离可以根
据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。并且具有探测距离远、受可见光干扰小、价格
便宜、易于装配、使用方便等特点。
综合以上两种方案，选择方案二。
1.3电机驱动方案的论证与选择
方案一: 采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案二: 采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案三:采用全桥驱动PWM电路。这种驱动的优点是使管子工作在占空比可调的开关状态，提高使用效率实现电机转速的微调。并且保证了可以简单的方式实现方向控制。
基于上述三种方案，应选择方案三比较合适。
2系统控制理论分析
2.1控制方式
本次比赛的难点在于如何使飞行器在空中较好的实现平衡控制，然后使其进行巡线飞行和降落。题中所研究的四旋翼结构属于X型分布，即螺旋桨M1和M4与M2和M3关于X轴对称，螺旋桨M1和M3与M2和M4关于Y轴对称如图1所示。对于四旋翼的模型简单的数学物理建模。通过陀螺仪返回的六个数据进行四元数拟合处理得到空间欧拉角。然后返回给系统进行闭环PID控制。
图1 螺旋桨分布示意图
2.2 PID模糊控制算法
PID是工业控制上的一种控制算法，在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有
近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
PID控制算法原理如图2所示。
图2 PID计算方式
经过测算和推导，我们得出了PID的计算公式为:
进入PID调节子程序时，首先需要根据系统给定值和采样值计算偏差。另外，在系统进入稳态后，偏差是很小的。当控制过程进入这种状态后，就进入了系统设定的一个允许带里。本设计中的算法设计与流程图如图3所示。
图3 PID调节子程序流程图
3控制系统硬件与软件设计
3.1系统硬件电路设计
3.1.1系统总体框图
系统总体框图如图4所示。
图4 系统总体框图
3.1.2 飞行控制电路原理图
飞行控制模块是控制系统的核心部分。它在每个控制周期内实时处理传感器采集的数据和飞行器的姿态信息，完成PID控制的算法，得到四旋翼飞行器的姿态和位置信息，计算出控制量，转化为相应的控制信号经驱动电路后驱动四个电机工作，保持四旋翼飞行器稳定飞行。电路图如图5所示。
图5飞控系统电路
3.1.3电机驱动模块子系统
四电机驱动模块根据中心控制模块指令驱动各个电机到达指定转速，将电机的速度通过测速反馈装置反馈给飞行姿态控制模块，控制无刷直流电机闭环控制转速，从而控制飞行状态，达到预期位置和姿态。通过电子调速器给电机提供电流，使之改变电机的转速快慢。本系统中设计的电机驱动电路如图6所示。
图6电机驱动电路原理图
3.1.4电源
电源由一块11.1V 2200ma的锂电池（重量约为166克）供电，在由电调降压给系统中的各个模块供5v电压并给电机提供电流，这样可满足可满足各个小系统的电源要求。
3.1.5简易电子示高模块电路原理图
简易电子示高装置是根据光敏二极管对激光束光强的持续接收，可以控制光敏二极管模块输出低电平，一旦激光束对光敏二极管照射的中断，即可使光敏二极管部分电路呈现高电平。进而触发光电门，促使发光二极管和蜂鸣器工作，起到报警作用。基本框图如图7所示。
图7 报警触发模块基本框图
3.2系统软件设计
3.2.1程序功能描述与设计思路
根据题目要求软件部分主要实现传感检测和PWM输出的更改。
（1）传感检测功能：设置高度和角度的输出信号类型。
（2）PWM输出：根据检测的数据，通过PID算法更改PWM的输出。
3.2.2程序流程图
本系统以瑞萨MCU为核心，采用C语言对单片机进行编程。主程序主要起导向和决策的作用，系统的控制总流程图如图所示。系统包括延时子程序，电机转速控制子程序，检测子程序，副翼子程序。系统控制的总流程图如图8所示。部分程序清单见附录2。
图8 主流程图
4测试条件与测试结果
4.1 测试条件与仪器
测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：高精度的数字毫伏表，数字示波器，数字万用表。
4.2 测试结果及分析
4.2.1测试结果(数据)
表2 测试功能、测试工具及实现的情况表
经测试，系统可以满足基本要求和部分发挥部分，并具有稳定前行的特点。
4.2.2测试分析与结论
根据上述测试数据，各个点的理论误差与实际误差比较，由此可以得出以下结论：
1、实际与理论差距太大，高度受电压影响太大，通过运用红外对管调节四轴高度，
2、通过微调PID参数使四轴起飞平衡，
3、通过调节加速度计可使四轴按要求飞行，减小误差
综上所述，基本可以达到预期目标，说明我们的硬件和软件的设计基本趋于合理，达到要求。
附录1：电路图原理
附录2：源程序
/************************************************************************************* **********************************
* DISCLAIMER
* This software is supplied by Renesas Electronics Corporation and is only
* intended for use with Renesas products. No other uses are authorized. This
* software is owned by Renesas Electronics Corporation and is protected under
* all applicable laws, including copyright laws.
/************************************************************************************* **********************************
Includes
************************************************************************************** *********************************/
#include "r_cg_macrodriver.h"
#include "r_cg_cgc.h"
#include "r_cg_port.h"
#include "r_cg_timer.h"
/* Start user code for include. Do not edit comment generated here */
uint16_t n,m,a;
//#define CH1 1000
//#define CH2 0
//#define CH3 1000
//#define CH4 1000
/********CH1 Roll ***************/
/********CH2 Pitch ***************/
/********CH3 Throttl ***************/
/********CH4 Yaw ***************/
/********CH5 Constant-level ***************/
/* End user code. Do not edit comment generated here */
#include "r_cg_userdefine.h"
/************************************************************************************* **********************************
Global variables and functions
************************************************************************************** *********************************/
/* Start user code for global. Do not edit comment generated here */
void Delay_1ms(unsigned int K); //一毫秒基准延时函数
void modle2 (void); //模式二：围绕矩形从A点到B点再到A
void modle3 (void); //模式三：投放小铁片到B点在返回A点
void modle4 (void); //模式四：从A点到B点拾取小铁片返回A点
void modle5 (void); //模式五：原地旋转
/* End user code. Do not edit comment generated here */
void R_MAIN_UserInit(void); //初始化函数
/************************************************************************************* **********************************
* Function Name: main
* Description : This function implements main function.
* Arguments : None
* Return Value : None
************************************************************************************** *********************************/
void main(void)
{
R_MAIN_UserInit();
/* Start user code. Do not edit comment generated here */
while(1)
{
if (P5.2 == 1)
{
Delay_1ms(20);
if(P5.2 == 1)
a = 1;
}
else if (P5.3 == 1)
{
Delay_1ms(20);
if(P5.3 == 1)
a = 2;
}
else if(P5.4 == 1)
{
Delay_1ms(20);
if(P5.4 == 1)
a = 3;
}
else if (P5.5 == 1)
{
if(P5.5 == 1)
a = 4;
}
else if (P1.3 == 1)
{
Delay_1ms(20);
if(P1.3 == 1)
a = 5;
}
switch(a)
{
case 1: modle1(); break;
case 2: modle2(); break;
case 3: modle3(); break;
case 4: modle4(); break;
case 5: modle5(); break;
default: break;
}
a=0;
}
/* End user code. Do not edit comment generated here */
}
/************************************************************************************* **********************************
* Function Name: R_MAIN_UserInit
* Description : This function adds user code before implementing main function.
* Arguments : None
* Return Value : None
************************************************************************************** *********************************/
void R_MAIN_UserInit(void)
{
/* Start user code. Do not edit comment generated here */
EI();
/* End user code. Do not edit comment generated here */
}
/* Start user code for adding. Do not edit comment generated here */
void modle1(void)
{
R_TAU0_Channel0_Start();
P5.1=0;
Delay_1ms(2000);
P5.1=1;
TDR01=0X0BBF; // Unlock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X0FAA;
Delay_1ms(5000);
TDR01=0X0B9F; // Fly
TDR02=0X0BAF;
TDR04=0X0BAF;
for(n=0;n<760;n++) //zhixian
{
TDR03+=0X0001;
Delay_1ms(3);
}
for(m=0;m<34;m++)
{
if(P1.4==0)
{
for(n=0;n<4;n++)
{
TDR03+=0X0001;
Delay_1ms(4);
}
TDR02=0X0B2F;
Delay_1ms(100);
}
else
{
TDR02=0X0B2F;
Delay_1ms(100);
}
}
TDR02=0X0C3F;
Delay_1ms(200);
for(n=0;n<760;n++) //landed
{
TDR02=0X0BAF;
Delay_1ms(3);
}
TDR01=0X0BAF; //Lock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X07D5;
Delay_1ms(5000);
P5.1=0;
Delay_1ms(2000);
P5.1=1;
R_TAU0_Channel0_Stop();
}
void modle2(void)
{
R_TAU0_Channel0_Start();
TDR01=0X0BAF; // Unlock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X0FAA;
Delay_1ms(5000);
TDR01=0X0BBF; // Fly
TDR02=0X0BAF;
TDR04=0X0BAF;
for(n=0;n<760;n++)
{
TDR03+=0X0001;
Delay_1ms(2);
}
TDR02=0X0B9F;
TDR01=0X0C4F; // right fly
Delay_1ms(1500);
TDR01=0X0A92;
Delay_1ms(400);
TDR01=0X0B6C;
for(m=0;m<18;m++) // advanc fly
{
if(P1.4==0)
{
for(n=0;n<3;n++)
{
Delay_1ms(4);
}
TDR02=0X0B2F;
Delay_1ms(200);
}
else
{
TDR02=0X0B2F;
Delay_1ms(200);
}
}
TDR02=0X0CFF;
Delay_1ms(400);
TDR02=0X0C28; //lift fly
TDR01=0X0B29;
Delay_1ms(2000);
TDR01=0X0CEF;
Delay_1ms(300);
TDR01=0X0B4F;
for(m=0;m<18;m++) // retreat fly {
if(P1.4==0)
{
for(n=0;n<3;n++)
{
TDR03+=0X0001;
Delay_1ms(4);
}
TDR02=0X0BFF;
Delay_1ms(200);
}
else
{
TDR02=0X0BFF;
Delay_1ms(200);
}
}
TDR02=0X0A9F;
Delay_1ms(500);
for(n=0;n<700;n++) //landed
{
TDR01=0X0BAF;
TDR02=0X0BAF;
Delay_1ms(3);
}
TDR01=0X0BAF; //Lock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X07D5;
Delay_1ms(5000);
R_TAU0_Channel0_Stop();
}
/****************************************************************************** void modle3(void)
{
************************************************************************* }
******************************************************************************/
/****************************************************************************** void modle4(void)
{
************************************************************************* }
******************************************************************************/
void modle5(void)
{
R_TAU0_Channel0_Start();
TDR01=0X0BBF; // Unlock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X0FAA;
Delay_1ms(5000);
TDR01=0X0BBE; // Fly
TDR02=0X0BAF;
TDR04=0X0BAF;
for(n=0;n<780;n++)
{
TDR03+=0X0001;
Delay_1ms(3);
}
TDR04=0X0E8F; //XUANTING
Delay_1ms(5000);
for(n=0;n<770;n++) //landed
{
TDR02=0X0BAF;
TDR03-= 0X0001;
Delay_1ms(7);
}
TDR01=0X0BAF; //Lock
TDR02=0X0BAF;
TDR03=0X07D5;
TDR04=0X07D5;
Delay_1ms(5000);
R_TAU0_Channel0_Stop();
}
void Delay_1ms(unsigned int K)//
{
unsigned char i,j;
for(;K>0;K--)
{
for(j=14; j>0; j--)
for(i=250; i>0; i--)
;
for(i=4; i>0; i--);
}
}
/* End user code. Do not edit comment generated here */
题目：开关稳压电源（E题） 摘要 本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，系统采用简单的boost 升压电路作为DC-DC变换器主电路；PWM控制器采用低压型专用集成芯片UC3843; 主开关管采用IRF540；由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F021组成系统测控与显示单元，采用液晶显示器作为系统的状态和运行数据显示屏。通过实际测试，作品的性能指标中，输出纹波完全达到了要求；电压调整率，整体效率，负载过流故障排除后自恢复功能，输出电压键控1V步进，电流、电压实时测量及数显功能等几项指标达均到了发挥部分要求；负载调整率也接近发挥部分指标要求。另外，系统还增加了实时输出功率数据显示和负载过流状态下的声、光报警等实用功能。
一、引言 为了满足题目发挥部分规定的电压调整率、负载调整率以及效率等几项指标要求，我们在设计中主要是尽量减少辅助控制电路的损耗。通过单片机和脉宽调制电路来稳定输出电压，并通过单片机的控制实现对整个电路的过流保护功能，排除过流故障后，电源能自动恢复为正常工作状态。同时，当输出电压与设定电压误差较大时，单片机能对输出电压进行一定调节，以提高负载调整率；通过单片机实现了输出电压的键盘设定和步进调整（步进为1V）。系统具有测量和数字显示输出电压、电流的功能。此外，还增加了实时输出功率测量与显示、在输出过流的时候系统发出声、光报警信号等功能。 二、方案论证与比较 1．DC-DC主回路拓扑方案论证 方案一：采用变压器升压的隔离型PWM直流－直流变换器电路，此电路效率较低，开关辐射/纹波较大，电路较复杂。 方案二：采用非隔离型BOOST升压电路，控制电路用专用集成芯片UC3843A，这种电路使用的外部原件最少、调试容易、成本低、效率高。因此，采用此种方案。 2. 控制方法及实现方案 方案一：采用电压型脉宽调制技术，产生频率固定，脉冲宽度可调整的方波脉冲，采用电压反馈环控制系统，它的反馈信息取自输出电压，用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度，改变脉冲占空比，实现开关电源的稳定。 方案二：采用电流型脉宽调制芯片，此技术与传统的仅有输出电压反馈的PWM系统相比增加了一个电感电流反馈。此反馈就做为PWM的斜坡函数，就不再需要锯齿波发生器，更重要的是使用电感电流反馈使系统的可靠性有了明显的改善，经比较具有如下优点： 1)使系统具有快速的瞬态响应及高速的稳定性。 2)输出电压精度很高。 3)具有内在的对功率开关管电流的控制及限流能力。 4)具有良好的并联运行能力。 可以看出方案二的控制性能明显优于方案一，所以采用方案二。 3. 提高效率的方法及实现方案 单片机系统及其它辅助电路的功耗对电源的整体效率有很大的影响。所以选用一款功耗低的单片机作为控制与显示单元电路。采用效率高、开关速度快、损耗小的MOS场效应管作为主开关管。选用快速、低损耗的肖特基二极管作为输出
毕业论文 基于单片机的四轴飞行器 夏纯 吉林建筑大学 2015年6月
毕业论文 基于单片机的四轴飞行器 学生：夏纯 指导教师：许亮 专业：电子信息工程 所在单位：电气与电子信息工程学院答辩日期： 2015 年6月
目录 摘要.......................................................... I ABSTRACT ...................................................... II 第1章绪论. (1) 论文研究背景及意义 (1) 国内外的发展情况 (2) 本文主要研究内容 (4) 第2章总体方案设计 (5) 总体设计原理 (5) 总体设计方案 (5) 系统硬件电路设计方案 (5) 各部分功能作用 (6) 系统软件设计方案 (7) 第3章系统硬件电路设计 (8) Altium Designer Summer 09简介 (8) 总体电路设计 (8) 遥控器总体电路设计 (8) 飞行器总体电路设计 (10) 各部分电路设计 (10) 电源电路设计 (10) 主控单元电路设计 (12)
无线通信模块电路设计 (13) 惯性测量单元电路设计 (16) 电机驱动电路设计 (18) 串口调试电路设计 (19) PCB设计 (21) PCB设计技巧规则 (21) PCB设计步骤 (22)
PCB外形设计 (23) 实物介绍 (25) 第4章系统软件设计 (27) Keil 简介 (27) Keil MDK概述 (27) Keil MDK功能特点 (27) 软件设计框图 (28) 软件调试仿真 (29) 飞控软件设计 (30) MPU6050数据读取 (30) 姿态计算IMU (32) PID电机控制 (32) 结论 (36) 致谢 (38) 参考文献 (39) 附录1 遥控器主程序源代码 (40) 附录2 飞行器主程序源代码 (45) 附录3 遥控器原理图 (50) 附录4 飞行器原理图 (51)
题目 摘要：……（左顶格小四宋体）摘要是概括地总结论文的内容。一般写摘要应考虑必须自成系统，并尽量提供更多的信息。摘要应包括下列内容： A.简明扼要地说明课题研究的主要意义和目的； B.作者做了哪些工作； C.如何做的(采用的方案)； D.主要结果和结果的意义。 摘要应避免写成正文小标题的罗列，应具有独立性和自含性,并采用第三人称表述,一般以300字内为宜。 关键词：…；…；…（3～5个） 关键词是反映文章主题内容的名词和术语，应尽量从汉语主题词表中选取，第一关键词应能体现出文章的学科分类 TOPIC Abstract: Keywords:…；…；… 设计报告的密封方法：按页码顺序整理好并装订，第一页为设计题目、400字以内的中文设计摘要及对应的英文摘要，并将“设计报告封纸”在距设计报告上端约2厘米处装订，然后将参赛队的代码（代码由赛区组委会统一编制，在发放题目时通知各参赛队）写在设计报告密封纸的最上方。设计报告装订好后将密封纸掀起并折向报告背后，最后用胶水在后面粘牢。 竞赛组委会设计报告格式要求：设计报告每页上方必须留出3厘米以上空白，空白内不得书写任何内容，每页下端注明页码，如需绘图，应尽量绘制在报告纸上；如采用别的方式绘制，则应将图纸剪下，粘贴在报告纸的相应位置上；如有计算机打印的程序，也要粘贴在报告纸的相应位置上。 报告正文前需附一篇400字以内的中文摘要及对应英文摘要。
一、XXXX方案设计与论证 （考虑过的各方案框图、简要原理和优缺点以及所选方案之理由等）。 文内标题力求简短、明确，各层标题均单独占行书写，一级标题：三号黑体，居中；二级标题：小三幼园，空两格书写序数，空一格书写标题；第三级标题：四号宋体，空两格书写序数，空一格书写标题；四级标题：四号华文新魏，空两格书写序数，空一格书写标题。五级建议采用：小四宋体，(1)，(2)；、六级建议采用：小四宋体，①、②、③。 汉字“一、二、三、……”作为序号时，其后应用顿号，即“一、” 正文：小四号宋体；均缩进2个字符（全角）。 行间距采用1.25倍行距，段前0.5行、段后0.0行。 页码在页面下方，居中。 纸型：A4 页边距：上：3cm ，下：2.54cm，左：3.17cm，右3.17cm 1 XXX方案 1.1 XXXXXX 1.1.1 XXXXXX 图号、图名，五号加粗宋体，图号图名间空1个字符，段前2磅、段后8磅，图下居中。图居中，图中文字：5号宋体，段前0行、段后0行，单倍行距。图序以阿拉伯数字连续编号，仅有1图者于图题处标明“图1”；图需卧排时，应顶左底右。 图5.7.2 PCA定时/计数器和比较/捕获单元 表格应尽可能采用三线表。表格应有表序和表题。序号和表题居中排于表格上方，两者之间空1字。表序以阿拉伯数字连续编号，仅有1表者，于表题处标
四旋翼飞行器（A 题）参赛队号：20140057号
四旋翼飞行器 设计摘要： 四旋翼作为一种具有结构特殊的旋转翼无人飞行器，与固定翼无人机相比，它具有体积小，垂直起降，具有很强的机动性，负载能力强，能快速、灵活的在各个方向进行机动，结构简单，易于控制，且能执行各种特殊、危险任务等特点。 因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害现场监视与救援等。多旋翼无人机飞行原理上比较简单，但涉及的科技领域比较广，从机体的优化设计、传感器算法、软件及控制系统的设计都需要高科技的支持。 四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。它使用直接力矩，实现六自由度（位置与姿态）控制，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。此外，由于飞行过程中，微型飞行器同时受到多种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。 因此，研究既能精确控制飞行姿态，又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。
一、引言： 1.1 题目理解：四旋翼飞行器，顾名思义，其四只旋转的翅膀为飞行的动力来源。四只旋转翼是无刷电机，因此对于无刷电机的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。在本次大赛中，需要利用四旋翼飞行器平台，实现四旋翼的起飞，悬停，姿态控制，以及四旋翼和地面之间的测距等功能。 1.2 设计思路：为了满足飞行器的设计要求，要使用以微控制器为核心的控制系统，使本系统以MC9S12XS128模拟出控制信号，用STM32 MMC10接收模拟信号，然后翻译出模拟信号，利用加速度与陀螺仪传感器采集飞行器的飞行数据，加以闭环调控和精准的控制算法。进行上升、下降以及悬停等动作。 1.3 特点：本飞行器脱离遥控器控制，用微处理器实现整个飞行过程全自动控制，控制精度高。 二、方案设计： 系统主要由STM32模块，微处理器MC9S12XS128模块，电源模块，电机模块，超声波模块，加速度陀螺仪模块等构成。 系统总体框图如下图（图2.0）： STM32 MMC10 四路 PWM 通道 电调 无刷电机 高度显示数码管 信号接收 MC9S12XS128 GPIO 模块 时钟 模块 超声波传 感器 电源 图2.0 其中微处理器MC9S12XS128模块的外围电路见附录一2.1 控制系统选择方案：
四旋翼自主飞行器(B题) 摘要 系统以R5F100LE作为四旋翼自主飞行器控制的核心，由电源模块、电机调速控制模块、传感器检测模块、飞行器控制模块等构成。飞行控制模块包括角度传感器、陀螺仪，传感器检测模块包括红外障碍传感器、超声波测距模块、TLS1401-LF模块，瑞萨MCU综合飞行器模块和传感器检测模块的信息，通过控制4个直流无刷电机转速来实现飞行器的欠驱动系统飞行。在动力学模型的基础上，将小型四旋翼飞行器实时控制算法分为两个PID控制回路，即位置控制回路和姿态控制回路。测试结果表明系统可通过各个模块的配合实现对电机的精确控制，具有平均速度快、定位误差小、运行较为稳定等特点。
目录 1 系统方案论证与控制方案的选择............................................................................................. - 2 - 1.1 地面黑线检测传感器............................................................................................................. - 2 - 1.2 电机的选择与论证................................................................................................................. - 2 - 1.3 电机驱动方案的选择与论证................................................................................................. - 3 - 2 四旋翼自主飞行器控制算法设计............................................................................................. - 3 - 2.1 四旋翼飞行器动力学模型..................................................................................................... - 3 - 2.2 PID控制算法结构分析.......................................................................................................... - 3 - 3 硬件电路设计与实现................................................................................................................. - 5 - 3.1飞行控制电路设计.................................................................................................................. - 5 - 3.2 电源模块................................................................................................................................. - 6 - 3.3 电机驱动模块......................................................................................................................... - 6 - 3.4 传感器检测模块..................................................................................................................... - 7 - 4 系统的程序设计......................................................................................................................... - 8 - 5 测试与结果分析......................................................................................................................... - 9 - 5.1 测试设备................................................................................................................................. - 9 - 5.2 测试结果................................................................................................................................. - 9 - 6 总结........................................................................................................................................... - 10 - 附录A 部分程序清单.................................................................................................................. - 11 -
程控增益放大器（B题） 程控增益放大器 摘要：本设计采用带通滤波器来选择输入信号带宽滤除杂质。以工作稳定、性能指标较高的STC89C52RC单片机作为微控制器核心来控制选择DDS模块的信号输出、放大器步进选择以及液晶显示。用两个AD603为放大电路核心组成级联放大电路，通过单片机控制DAC0832将数字量转化为模拟量来进行程控放大，提高了放大增益、扩展了通频带宽、而且具有良好的抗噪声系数。放大器带宽可以预置并显示，经测试本设计基本满足题目要求。 关键词：STC89C52RC AD603 程控放大器 AD9850 带通滤波 目录 1、引言： 1 2、方案设计： 1 2.1 总方案框图 1 2.2 DDS模块选择 1 2.3 滤波电路的选择 2 2.4 增益控制部分，放大器的选择 2 3、设计实现： 2
3.1 硬件设计 2 3.1.1 最小系统设计 3 3.1.2 滤波电路 3 3.1.4 放大电路 3 3.1.5 数模转换，电压输出电路 4 3.2软件设计 4 4、测试： 5 4.1、测试方法 5 4.2、测试条件 5 4.3、测试仪器 5 4.4、测试结果 6 5、结论及体会： 6 5.1 结论 6 5.2 体会 6 参考文献： 7 附录一： 8 1 最小系统和按键模块电路原理图 8
2 滤波电路原理图 8 3 自制DDS模块及其外围电路系统原理图 9 4 增益控制电路原理图 10 5 DAC8032数模转换电路图 11 附录二：主要源程序 12 1、引言： 放大器是电子系统中最基本的单元电路，放大器的增益又是其中一个重要的性能参数，随着电路控制的日益精细，对放大器增益的控制和调整也变得越来越细致。程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变且受控于控制接口的输出信号。不同的控制信号，将产生不同的反馈系数，从而改变放大器的闭环增益。通过单片机用程序来控制放大的增益，通过键盘输入放大倍数，再利用单片机输出相应的数字信号，然后通过DA变换，换成模拟电压信号，使用这个电压信号来控制放大器的放大倍数，实现了程控增益放大。在灵活性方便性上远远优于传统的放大器。 2、方案设计： 2.1 总方案框图 Ui 本系统原理方框图如图2.1所示。本系统由DDS模块、51单片机、滤波电路、键
1系统方案设计与论证 1.1设计要求 （1）设计一个可根据电源线的电参数信息分析用电器类别和工作状态的装置，电器电流范围 0.005A – 10.0A，用电器包括LED 灯、节能灯、USB 充电器（带负载）、无线路由器、机顶盒、电风扇、热水壶。 （2）可识别的电器工作状态总数不低于 7，电流不大于 50mA 的工作状态数不低于 5，同时显示所有可识别电器的工作状态。自定可识别的电器种类,包括一件最小电流电器和一件电流大于 8A 的电器，并完成其学习过程。 （3）实时指示用电器的工作状态并显示电源线上的电特征参数，响应时间不大于2s。特征参量包括电流和其他参量，自定义其他特征参量的种类、性质，数量自定。电器 的种类及其工作状态、参量种类可用序号表示。 （4）随机增减用电器或改变使用状态，能实时指示用电器的类别和状态。 （5）具有学习功能。清除作品存储的所有特征参数，重新测试并存储指定电器的特征参数。一种电器一种工作状态的学习时间不大于 1 分钟。 1.2设计基本思路 题目要求设计可根据电参数分析用电器类别的装置，区分用电器的方法可以是电流的 大小，电压电流的相位差。因此，装置采用ZMPT101B电压互感器、ZMCT103C电流 互感器采集电压电流信息，判断用电器类型，并经28027单片机程序控制在显示屏显示。该装置可以检测键盘的输入，处于学习、识别两种不同模式，存储信息的模块采 用AT24C64，存储用电器的信息。为完成便携终端信息的接收和提示，系统还加入蜂 鸣器和WIFI无线传输模块。 1.3系统框图 1.4方案比较与选择 （1）控制器 方案一：TMS320F28027是一种高效 32 位中央处理单元，具有分析和断点功能。可 以借助硬件进行实时调试。60MHz器件，3.3V 单电源集成型加电和欠压复位，两个内部 零引脚振荡器多达 22 个，复用通用输入输出 (GPIO) 引脚三个，32 位 CPU 定时器片载 闪存、SRAM、一次性可编程 (OTP) 内存。
2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C题） 2015年8月15日
摘要 本文对四旋翼碟形飞行器进行了初步的研究和设计。首先，对飞行器各旋翼的电机选择做了论证，分析了实际升力效率与PWM的关系并选择了此样机的最优工作频率，并重点对飞行器进行了硬件和软件的设计。 本飞行器采用瑞萨R5F100LEA单片机为主控制器，通过四元数算法处理传感器MPU6000采集机身平衡信息并进行闭环的PID控制来保持机身的平衡。整个控制系统包括电源模块、传感器检测模块、电机调速模块、飞行控制模块及微处理器模块等。角度传感器和角速率传感模块为整个系统提供飞行器当前姿态和角速率信号，构成飞行器的增稳系统。本系统经过飞行测试，可以达到设计要求。关键字：R5F100LEA单片机、传感器、PWM、PID控制。
目录 1系统方案 (1) 1.1电机的论证与选择 (1) 1.2红外对管检测传感器的论证与选择 (1) 1.3电机驱动方案的论证与选择 (2) 2系统控制理论分析 (2) 2.1控制方式 (2) 2.2 PID模糊控制算法 (2) 3控制系统硬件与软件设计 (4) 3.1系统硬件电路设计 (4) 3.1.1系统总体框图 (4) 3.1.2 飞行控制电路原理图 (4) 3.1.3电机驱动模块子系统 (5) 3.1.4电源 (5) 3.1.5简易电子示高模块电路原理图 (6) 3.2系统软件设计 (6) 3.2.1程序功能描述与设计思路 (6) 3.2.2程序流程图 (6) 4测试条件与测试结果 (7) 4.1 测试条件与仪器 (7) 4.2 测试结果及分析 (7) 4.2.1测试结果(数据) (7) 4.2.2测试分析与结论 (8) 附录1：电路图原理 (9) 附录2：源程序 (10)
渤海大学本科毕业论文（设计）四旋翼无人机设计与制作 The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle 学院（系）： 专业： 学号： 学生姓名： 入学年度： 指导教师： 完成日期：
摘要 四旋翼无人机飞行器因为它的结构简单，而且控制起来也很方便，因此它成为了近几年来发展起来的热门产业。在这里本文详细的介绍了四旋翼飞行器的设计和制作的过程，其中包括了四旋翼无人机飞行器的飞行原理，硬件的介绍和选型，姿态参考算法的推导和实现，系统软件的具体实现。该四旋翼飞行器控制系统以STM32f103zet 单片机为核心，根据各个传感器的特点，采用不同的校正方法对各个传感器数据进行校正以及低通数字滤波处理，之后设计了互补滤波器对姿态进行最优估计，实现精确的姿态测量。最后结合GPS控制与姿态控制叠加进行PID控制四旋翼飞行器的四个电机，来达到实现各种飞行动作的目的。在制作四旋翼飞行器的过程中，进行了大量的调试并且与现有优秀算法做对比验证，最终设计出能够稳定飞行的四旋翼无人机飞行器。 关键词：姿态传感器；四元数姿态解算；STM32微型处理器；数据融合；PID
The Manufacture and Design of Quad Rotor Unmanned Aerial Vehicle Abstract Quad-rotor unmanned aerial vehicle aircraft have a simple structure, and it is very easy to control, so it has become popular in recent years. Here article describes in detail the design and the process of making the four-rotor aircraft, including Quad-rotor UAV aircraft flight principle, hardware introduction and selection, implementation and realization of derivation attitude reference algorithm, the system software . The Quad-rotor aircraft control system STM32f103zet microcontroller core, and the advantages and disadvantages based on the accelerometer sensor, a gyro sensor and electronic compass sensors using different correction methods for correcting various sensor data and low-pass digital filter processing, after design complementary filter to estimate the optimal posture, precise attitude measurement. Finally, GPS control and attitude control PID control is superimposed four-rotor aircraft four motors to achieve a variety of flight maneuvers to achieve the purpose. Four-rotor aircraft in the production process, a lot of debugging and do comparison with the existing excellent algorithm validation, the final design to stabilize the Quad-rotor UAV flying aircraft. Key Words：MEMS Sensor; Quaternion; STM32 Processor; Data Fusion; PID
四旋翼自主飞行器(A题) 摘要 四旋翼飞行器是无人飞行器中一个热门的研究分支，随着惯性导航技术的发展与惯导传感器精度的提高，四旋翼飞行器在近些年得到了快速的发展。 为了满足四旋翼飞行的设计要求，系统以STM32F103VET6作为四旋翼自主飞行器控制的核心，处理器内核为ARM32位Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，工作电压3.3V-5.5V。该四旋翼由电源模块、电机电调调速控制模块、传感器检测模块、飞行器控制模块等构成。飞行姿态检测模块是通过采用MPU-6050模块，整合3轴陀螺仪、3轴加速度计，检测飞行器实时飞行姿态，实现飞行器运动速度和转向的精准控制。传感器检测模块包括红外障碍传感器、超声波测距模块，在动力学模 型的基础上，将四旋翼飞行器实时控制算法分为两个PID 控制回路，即位置控制回 路和姿态控制回路。测试结果表明系统可通过各个模块的配合实现对电机的精确控制，具有平均速度快、定位误差小、运行较为稳定等特点。 关键词：四旋翼飞行器；STM32；飞行姿态控制；串口PID
目录 1 系统方案论证与控制方案的选择...................................................................- 2 - 1.1 地面黑线检测传感器...................................................................... .............- 2 - 1.2 电机的选择与论证...................................................................... .................- 2 - 1.3 电机驱动方案的选择与论证...................................................................... .- 2 - 2 四旋翼自主飞行器控制算法设计...................................................................- 3 -
四轴飞行器 作品说明书 摘要 四轴飞行器在各个领域应用广泛。相比其他类型的飞行器，四轴飞行器硬件结构简单紧凑，而软件复杂。本文介绍四轴飞行器的一个实现方案，软件算法，包括加速度计校正、姿态计算和姿态控制三部分。校正加速度计采用最小二乘法。计算姿态采用姿态插值法、需要对比这三种方法然后选出一种来应用。控制姿态采用欧拉角控制或四元数控制。 关键词：四轴飞行器；姿态；控制
目录 1.引言 (1) 2.飞行器的构成? (1) .硬件构成..............................................1? 机械构成 (1) 电气构成 (3) .软件构成 (3) 上位机 (3) 下位机........... . (4) 3.飞行原理........... ................................ (4) . 坐标系统 (4) .姿态的表示 (5) .动力学原理 (5) 4.姿态测量........... ................................ (6) .传感器校正 (6) 加速度计和电子罗盘 (6) 5.姿态控制 (6) .欧拉角控制 (6) .四元数控制 (7) 6.姿态计算 (7) 7.总结 (8) 参考文献 (9)
四轴飞行器最开始是由军方研发的一种新式飞行器。随着MEMS?传感器、单片机、电机和电池技术的发展和普及，四轴飞行器成为航模界的新锐力量。到今天，四轴飞行器已经应用到各个领域，如军事打击、公安追捕、灾害搜救、农林业调查、输电线巡查、广告宣传航拍、航模玩具等。 目前应用广泛的飞行器有：固定翼飞行器和单轴的直升机。与固定翼飞行器相比，四轴飞行器机动性好，动作灵活，可以垂直起飞降落和悬停，缺点是续航时间短得多、飞行速度不快；而与单轴直升机比，四轴飞行器的机械简单，无需尾桨抵消反力矩，成本低?。 本文就小型电动四轴飞行器，介绍四轴飞行器的一种实现方案，讲解四轴飞行器的原理和用到的算法，并对几种姿态算法进行比较。 2.飞行器的构成 四轴飞行器的实现可以分为硬件和软件两部分。比起其他类型的飞行器，四轴飞行器的硬件比较简单，而把系统的复杂性转移到软件上，所以本文的主要内容是软件的实现。? .硬件构成? 飞行器由机架、电机、螺旋桨和控制电路构成。 机械构成? 机架呈十字状，是固定其他部件的平台，本项目采用的是碳纤维材料的机架。电机采用无刷直流电机，固定在机架的四个端点上，而螺旋桨固定在电机转子上，迎风面垂直向下。螺旋桨按旋转方向分正桨和反桨，从迎风面看逆时针转的为正桨，四个桨的中心连成的正方形，正桨反桨交错安装。 CA D设计机架如图： 整体如图2-1： 电气构成 电气部分包括：控制电路板、电子调速器、电池，和一些外接的通讯、传感器模块。控制电路板是电气部分的核心，上面包含MCU、陀螺仪、加速度计、电子罗盘、气压计等芯片，负责计算姿态、处理通信命令和输出控制信号到电子调速器。电子调速器简称电调，用于控制无刷直流电机。 电气连接如图2-2所示。 .软件构成
2017年全国大学生电子设计竞赛 XXXXXXXXXXXXX（X题） 【本科组】 2017年9月7日
摘要 本系统以飞思卡尔单片机MC9S12XS128作为主控制芯片，通过数字摄像头OV7620采集靶面图像，进行图像信息的处理，得到靶面上弹着点的位置信息，并在OLED上显示弹着点的环数、方位。同时为了方便摄像头的图像的校准，设计了激光三点定位装置。另外设计了以步进电机和直流减速电机驱动的二维激光头移动调节架，通过按键控制可实现激光点在靶面上的移动、自动中心打靶、定位打靶。 关键词：激光打靶单片机数字摄像头步进电机 Abstract This system adopts the Freescale MCU(MC9S12XS128) as the core processing chip, target surface image are gained by the digital camera OV7620, the spot position information on the target is got after the image information processing, the ring number and location are displayed on the OLED. At the same time , in order to facilitate the image of the calibration of cameras, the laser at 3 o 'clock positioning device is designed. In addition , step motor and DC gear motor are designed to drive 2D position control frame, it can be realized through the key control that the laser spot on the target mobile, automatic target and hit the bull 's-eye, automatic positioning. Key words: laser-shooting microcomputer digital camera step motor 电子设计大赛论文报告格式 **设计报告内容： 1．封面：单独1页（见样件） 2．摘要、关键词：中文（150～200字）、英文；单独1页 3．目录：内容必要对应页码号 4．设计报告正文： 一、前言： 二、总体方案设计： 包括方案比较、方案论证、方案选择 （以方框图的形式给出各方案，并简要说明） 三、单元模块设计：
四旋翼飞行器飞行控制系统设计开题报告
集美大学信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告 设计题目：四旋翼飞行器飞行控制系统设计 专业通信工程班级通信1012 姓名 xxx 学号xxx
设计方案如下： 1、利用atmega 2560单片机开发飞行控制系统，采集传感器数据，计算飞机姿态， 通过PWM控制电调实现飞行控制。 2、Atmega 2560 单片机将实时传感器的数据通过串口输出给s5pv210(Cortex-A8) 嵌入式系统,在通过无线网卡发送给地面站。 3、S5pv210采集摄像头数据，H.264编码完通过RTSP协议传给地面站。 补充对系统框图的说明。。。。。。 计划进度安排ATmega2 560 加速度计、陀螺 I2 电调无刷电 S5PV210 嵌入式 串 无线 摄 PW 云台 PW V4
(1)2014年2月17日起至2014年2月28日： 查阅本学科最新发展动态和最新研究论文；根据任务书撰写开题报告，完成5000字的英译汉； (2)2014年3月1日起至2014年3月20日： 学习Linux操作系统驱动编程，编写Linux系统应用； (3)2014年3月21日起至2012年4月10日： 完成对互补滤波器算法研究，用互补滤波器对陀螺仪测量误差进行矫正，并学习互补滤波器融合系数的确定方法; 学习基于欧拉角反馈的PID 控制器进行姿态控制算法; (4)2014年4月11日起至2014年5月15日： 设计四旋翼飞行器飞行控制系统的软硬件实现,完成调试、测试、优化结果； (5)2014年5月15日起至2014年6月10日： 完成毕业设计论文；准备相应的电子文档，完成毕业答辩。 指导教师意见 该同学对毕业设计的任务明确，提出的设计方案和技术路线可行，计划进度安排合理，同意开题。 指导教师签名： 20年月日
放大器的应用 [摘要]集成运放裨上是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号，下限频率可到零；又能放大交流信号，上限频率与普通放大器一样，受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。集成运放和外部反馈网络相配置后，能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系，故而称它为“运算”放大器。 本课程设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。 [关键词]运算放大器LM324、加法器、滤波器、比较器 目录 一、设计任务 (2) 二、设计方案及比较 (2) 1. 三角波产生器 (2) 2. 加法器 (2) 3. 滤波器 (3) 4. 比较器 (3) 三、电路设计及理论分析 (3) 四、电路仿真结果及分析 (4) 1. U端口 (4) 1o 2. U端口 (4) 1i 3. U端口 (4) 2i 4. U端口 (4) 2 o 5. U端口 (4) 3o 五、总结 (4)
一、设计任务 使用一片通用四运放芯片LM324 组成电路框图见图1（a ），实现下述功能： 使用低频信号源产生Hz f V t f u i 500)(2sin 1.0001==π的正弦波信号， 加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号1o u ，1o u 如图1（b ）所示,1T =0.5ms ，允许1T 有±5%的误差。 图中要求加法器的输出电压11210o i i u u u +=。2i u 经选频滤波器滤除1o u 频率分量，选出0f 信号为2o u ,2o u 为峰峰值等于9V 的正弦信号，用示波器观察无明显失真。2o u 信号再经比较器后在1k Ω 负载上得到峰峰值为2V 的输出电压3o u 。 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。 要求预留1i u 、2i u 、2o u 、2o u 和3o u 的测试端子。 二、设计方案及比较 设计有五个部分，其中低频信号源使用信号发生器，其余四部分设计方案如下： 1.三角波产生器 初始方案： 根据《模拟电子技术基础》书上的方波发生器产生方波，然后再采用微分电路对信号处理，输出即为三角波。 图1.1 图中：R 1 = 6.8k ?，R 2 = 10k ?，R 3 = 30k ?，R 0 = 3.9k ?，R 4 = 10k ?，R 5 = 20k ?，C = 0.1?F ， D Z1和D Z2采用稳压管。 运算放大器A 1与R 1、R 2、R 3及R 0、D Z1、D Z2组成电压比较器。当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，比较器与积分器首尾相连形成闭环电路，能自动产生方波与三角波。三角波（或方波）的频率为： 改进方案： 由于LM324只有四个运算放大器，如果三角波产生使用两个，则后面的三个电路中有一个无法实现，所以只能采用一个运算放大器产生。同时由于器件不提供稳压二极管，所以电阻电容的参数必须设计合理，用直流电压源代替稳压管。 对方波放生电路进行分析发现，如果将输出端改接运放的负输入端，出来的波形近似为三角波。设计电路如图1.2 图1.2 2.加法器 方案： 由于加法器输出11210o i i u u u +=，所以采用求和运算电路，计算电阻电容的参数值，电路
2014-2015年大学生创业新基金项目结题论文 作品名称：用于作物生长监测的飞行机器人 学院：工学院 指导老师：孙磊 申报者姓名（团队名称）：李家强、梁闪闪、谈姚勇 二〇一五年五月
目录 摘要 (3) 关键词 (3) 引言 (3) 多旋翼农用无人机的发展简史 (4) 作品设计方案 1.1 飞行器的结构框架和工作原理 (5) 1.2 硬件选择 (6) 1.3硬件电路设计 1.3.1：主控模块 (7) 1.3.2：姿态传感器模块 (8) 1.3.3：电源模块 (9) 1.4 软件系统设计 1.4.1：总体设计 (9) 1.4.2：姿态解算实现 (10) 参考文献 (11) 附件1：作品实物图 (12) 附件2：原件清单 (13) 附件3 电路原理图 (14) 附件4 部分程序（遥控器） (15)
关于作物成产检测的飞行机器人的研究报告 作者：李家强、梁闪闪、谈姚勇指导老师：孙磊 （安徽农业大学工学院合肥市长江西路130号 230036） 摘要:四旋翼飞行器通过排布在十字形支架四个顶端的旋翼，产生气动力，控制飞行器的升降、倾斜、旋转等。本文主要讨论四旋翼飞行器所选用的单片机类型，以及选用此款单片机的原因。通过PWM技术来调节飞行器的飞行状态，以MPU-6050为惯性测量器件。所形成的飞行控制系统使得飞行器能达到较平稳的飞行姿态。整体采用无线遥控控 制，无线频波为2.51GHZ。 关键词：四旋翼飞行器、作物检测、飞行时间、飞行距离 Abstract:through four rotor aircraft configuration at the top of the cross-shaped bracket four rotor, aerodynamic force, control aircraft movements, tilt, rotation, etc. This article focuses on four rotor aircraft chooses the types of single chip microcomputer and choose this single chip microcomputer. Through the PWM technology to adjust the aircraft's flight status, inertial measurement device for MPU - 6050. Formed by makes the aircraft flight control system can achieve a smooth flight. Overall the wireless remote control, wireless 2.51 GHZ frequency wave. Keywords: four rotor aircraft, crop detection, time of flight, flight distance 引言：随着我国的经济迅速发展，农业种植的规模化、机械化、信息化。但是现阶段的农业生产中存在着一些很棘手的问题。例如农作物的病虫害的实时监控这个问题以及作物生长情况采样分析等。而飞行机器人可以利用自身携带的航拍工具在操作人员制定的地块进行拍摄，通过无线接收装置可以在操控室的接收显示屏播放航拍发送回来的图片和视频。此作品飞行距离可达到2000米，留空时间可达30分钟。故而此作品完全可以实时监测农作物的病虫害的发展以及采取大量有效的作物生长数据。