[摘要]本文对微型四旋翼飞行器自平衡算法进行研究，详细分析了应用互补滤波器，进行信号处理的思路和参数整定过程，应用滤波后的数据，进行飞行器姿态角度融合，解算出飞行器实时的俯仰角、翻滚角、偏航角。在解算出飞行姿态角度的基础上应用PID算法控制四旋翼飞行器进行自平衡悬停及相关的运动姿态控制。硬件上，采用STM32F103作为微控制器，以MPU6050作为四旋翼飞行器姿态传感器件，通过AO3402MOS管驱动四个空心杯电机改变飞行器姿态，设计结果是能准确测量飞行器姿态并将测量角度输出给相应坐标的电机，进行姿态调整。本文将从硬件、软件初始化、控制算法及调试等几个篇幅详细展示整个微型四旋翼飞行器的制作过程。[关键词] 微型四旋翼飞行器；互补滤波算法；PD控制算法；STM32F103;自平衡
Abstract: This paper is a research about algorithm of Quadrotor Micro-aircraft Self-balancing. It will detailed analysis the idea about using Complementary filter deal with the digital signals and the basis of flying-Angle using PID algorithm controlling Quadrotor Micro-aircraft achieves the self-balancing control. Hardware uses STM32F103 as micro controller, with MPU6050 as attitude sensor of Quadrotor Micro-aircraft, through AO3402MOS tube driving four result can accurately measure spacecraft attitude and output the measuring Angle to the corresponding coordinates of the motor and realize the attitude adjustment. This article will show the whole production process of the Quadrotor Micro-aircraft in detail from the , control algorithm, debug and so on.
Key words: Micro four rotor aircraft;Complementary filter;PD control algorithm; STM32F103;
Self-balancing
目录
1 绪论............................................................................................................................
1.1 本课题的研究意义及必要性 ............................................................................
1.2 相关领域国内外研究现状及发展趋势 ............................................................
1.3论文篇幅简介 .....................................................................................................
2 四旋翼飞行器系统分析 ...............................................................................................
2.1系统基本原理 .....................................................................................................
2.2系统功能要求 .....................................................................................................
2.3 系统可行性分析 ................................................................................................
3 四旋翼飞行器总体设计 ...............................................................................................
3.1 功能模块划分 ....................................................................................................
3.2 系统模块设计图 ................................................................................................
3.3 系统流程图.........................................................................................................
3.4 开发工具和开发框架介绍 ................................................................................
3.4.1 Altium Designer 6.9介绍........................................................................
3.4.2 Keil for ARM介绍 ..................................................................................
3.4.3 Serial_Digital_Scope V2介绍 ................................................................
4 四旋翼飞行器详细方案设计 .......................................................................................
4.1 硬件模块的功能及设计 ....................................................................................
4.1.1 最小系统板STM32F103模块 ..............................................................
4.1.2 低压差电源模块 .....................................................................................
4.1.3 倾角传感器模块 .....................................................................................
4.1.4 空心杯电机驱动模块 .............................................................................
4.1.5 NRF24L01无线模块...............................................................................
4.2 驱动程序功能及设计 ........................................................................................
4.2.1 最小系统板初始化 .................................................................................
4.2.2 MPU6050初始化 ....................................................................................
4.2.3 NRF24L01初始化...................................................................................
4.2.4 空心杯电机驱动初始化 .........................................................................
5 四旋翼飞行器控制算法实现 .......................................................................................
5.1角度及角速度数据处理算法 .............................................................................
5.1.1 互补滤波器可行性分析 .........................................................................
5.1.2 互补滤波器算法软件实现 .....................................................................
5.2姿态控制算法 .....................................................................................................
5.2.1 PID控制算法可行性分析.......................................................................
5.2.2 PID控制算法软件实现...........................................................................
5.2.3 多维度控制量输出融合算法 .................................................................
6 四旋翼飞行器综合调试 ...............................................................................................
6.1基本功能实现 .....................................................................................................
6.1.1 姿态角度数据采集功能 .........................................................................
6.1.2 四旋翼飞行器遥控功能 .........................................................................
6.1.3 电机多维度矢量输出功能 .....................................................................
6.2高级功能实现 .....................................................................................................
6.2.1 姿态角度数据融合功能 .........................................................................
6.2.2 四旋翼飞行器自平衡飞行功能 .............................................................结束语............................................................................................................................致谢..................................................................................................................................参考文献............................................................................................................................
附录A 部分代码..............................................................................................................
1 绪论
1.1 本课题的研究意义及必要性
信息时代，微电子技术及惯性传感器件的不断进步，使自平衡算法实现成为可能。从地上跑的自平衡机器人到天上飞的无人飞行器都离不开这些微电子技术及惯性传感器。这些“飞禽走兽”在危险领域的作业的突出表现，备受各国专家学者的关注。从军用到民用，四旋翼飞行器由于其机械结构简单，制造成本低及简易的控制算法测试平台搭建，从而掀起了各个国家四旋翼飞行器爱好者的研究狂潮。国防军工事业离不开无人飞行器，四旋翼飞行器的优异性能使它在侦查、监视、跟踪等任务中独领风骚；现代农业，各式各样的四旋翼农药喷洒飞行器呼啸于各大农场的上空；四旋翼飞行器的研究，不仅具有学术研究意义，还有可观的经济现实意义，是学以致用的重要实践过程。
1.2 相关领域国内外研究现状及发展趋势
四旋翼飞行器广泛的应用范围和超高的实用价值促成了其在短时间
成为热点，各国在四旋翼飞行器研究方面各有所长，以下是目前世界上比较出名的四旋翼飞行器研究成果：
(1)RC玩具公司Draganflyer飞行器
Draganflyer是玩具商业产品，系统集成了微控制器、无线遥控、三维度倾角传感器及角速度传感器，机身结构由轻质碳纤维及高密度尼龙搭建而成，Draganflyer X4-C是RC公司目前在卖的产品，售价2995美元，该产品长和宽都是47cm，最高工作直径为71cm，高度为25cm，可携带不超过320g的重物，该产品主要应用于航拍，底部加
装高清摄像头，如图1.1所示：
(2)Stanford 的STARMAC测试平台
斯坦福大学在Drangonflyer平台上，重新设计控制系统，四轴飞行器上有：微型控制芯片，倾角测量单元，蓝牙通讯单元，GPS定位模块，超声测距模块。STARMAC能实现与上位机的通讯及相应的姿态预测、调整。该飞行器多次应用卡尔曼滤波器对采集信号进行滤波，采集的信号有倾角传感器的测量值、超声波测距模块的高度值及GPS 模块的定位数据。应用卡尔曼滤波器能将飞行器真实的飞行姿态进行还原，从而提高系统的稳定性。Stanford的STAMAC平台如图1.2所示：
(3)宾夕法尼亚大学大学的四轴飞行器
传遍全世界的TED视频，来自宾夕法尼亚大学的四轴飞行器依靠室内摄像头识别飞行器上标记球，完成各种飞行动作。经典的表演令人
连连称赞，倒立摆模型及水杯支撑飞行，其稳定性都给人留下了深刻的印象。相关视频可以在优酷上的TED公开课视频中找到，此处给出飞行器图片，如图1.3所示：
(4)开源的四旋翼飞行器
乐在开源，互联网上有一些设计者将飞行器项目共享在互联网上，吸引了大量的研究人员投入到开源的圈子里，在这样的资源共享世界里，四旋翼飞行器得到了极大的发展，由于论文篇幅有限，在此只列举几个较出名的开源四轴飞行器项目，它们分别有：KK四旋翼飞行器，德国的MK四轴飞行器，MWC四轴飞行器等。
四旋翼在未来，将变得更加的智能化，随着各种传感器的不断发展，四旋翼飞行器稳定性必将得到极大的提升，负重能力及续航能力都将大幅度提高。在未来，四旋翼飞行器将大量应用于国防、工业、农业等领域。智能时代，离不开这些智能化的产品。
1.3论文篇幅简介
本文共分为七部分，各个部分的内容简介如下：
第一部分：绪论
本部分主要阐述四旋翼飞行器课题的研究意义和必要性并追溯其发
展渊源，同时还介绍四旋翼飞行器的应用现状和发展趋势。
第二部分：四旋翼飞行器系统分析
本部分对系统运动的基本原理进行分析并提出系统的功能要求，最后针对核心控制算法的可行性进行分析。
第三部分：四旋翼飞行器总体方案设计
对四旋翼的功能模块进行划分并给出系统模块设计图及系统工作流
程图，最后简单介绍本系统开发调试的平台工具。
第四部分：四旋翼飞行器详细方案设计
本部分从硬件和软件两部分分别阐述系统的详细设计方案。硬件方面有最小系统板、电源模块、倾角传感器、电机驱动、无线模块设计方案；软件方面有对应硬件模块的初始化。
第五部分：四旋翼飞行器控制算法实现
本部分提出应用互补滤波器来处理角度、角速度数据的想法并分析互补滤波器在本模型中的可行性，最后附上互补滤波器的软件实现思路；运算出倾角后，提出应用PID来控制飞行器姿态的观点并分析可行性。最后给出多维度矢量输出的实现算法。
第六部分：四旋翼飞行器综合调试
该部分将展示四旋翼飞行器的基本功能实现和高级功能实现的效果。基本功能包括四旋翼飞行姿态角度信号结果，四旋翼飞行器无线遥控调试结果，电机多维度矢量输出调试结果；高级功能包括：姿态角度数据融合功能和飞行器自平衡功能实现结果。
第七部分：结束语
总结本次设计中的不足，提出相关的改进方案，总结本次毕业设计的收获，为后来人的研究提供些有用的建议。完成毕业设计后，对今后的工作、研究提出指导性展望。
最后对本次毕业设计给予笔者帮助的所有人员致谢。
2 四旋翼飞行器系统分析
2.1系统基本原理
作为无人飞行器研究的一重要分支，四旋翼飞行器因其简单的机械结构而备受瞩目，相对于庞大的无人机，四旋翼飞行器完美的机械结构更符合力学的各种定律。也不像直升飞机那样，需要设计一个消除反作用旋转扭矩的桨叶。如图2.1所示，四旋翼飞行器消除反作用旋转扭矩的功能与生俱来。
从图4可以看到，1、3号桨叶的逆时针旋转，反向扭矩的方向是顺时针方向，同理2、4号电机顺时针旋转，反力矩方向为逆时针，对角两组电机在旋转扭矩相等的情况下正好相互抵消。如此巧妙的机械结构在控制算法和节省能量方面大有裨益。系统无需提供额外的功率去抵消反作用旋转扭矩。
四旋翼飞行器可以实现多维度的运动姿态控制，最基本的姿态是自平衡悬停。悬停的稳定性是完成所有动作的基础。四旋翼的运动姿态可分为：悬停、上升、下降、俯仰、翻滚、偏航六个运动状态。
当四旋翼飞行器的四个电机输出的合升力大于其本身所受重力时，在无外力作用下，四旋翼能一直保持上升飞行，反之则下降。升力等于重力，四旋翼在悬停状态。这是Z轴方向的三个运动形态。
当四旋翼飞行器的X轴方向的两个电机输出升力存在偏差，飞行器处在俯仰飞行姿态，这是常用的沿X轴行进的思路，其倾斜角与水平X轴的夹角叫做俯仰角。
当四旋翼飞行器的Y轴方向的两个电机输出升力存在偏差，飞行器处在翻滚飞行姿态，这个常用的沿Y轴行进的思路，其倾斜角与水平Y轴的夹角叫做翻滚角。
当四旋翼飞行器沿Z轴旋转时，其转过的角度称之为偏航角，该姿态依靠对角两组电机的反作用旋转扭矩失衡来实现偏航运动。
以上几种运动原理如图2.2所示：
2.2系统功能要求
基于互联网的开源资料，提出本系统的功能要求：系统分为基础功能和高级功能，基础功能包括：四旋翼飞行器姿态角度数据采集功能；四旋翼飞行遥控功能；四旋翼电机对维度矢量输出功能；高级功能包括：应用互补滤波器进行姿态角度融合功能；四旋翼飞行器自平衡飞行功能。2.3 系统可行性分析
微电子技术及倾角传感技术的发展及高性能电机为四旋翼飞行器的搭建提供了硬件保证。在此基础上，仅需要对系统模型的控制模型进行分析即可得知系统设计是否可行。找到相应的数学模型，才能分析系统的可行性，站在巨人的肩膀上，建立了如下数学模型，如图4所示的机体坐标系A(oxyz)及空间惯性坐标系OXYZ，针对数学模型提出以下假设：
(1)四旋翼飞行器是一个刚体，质地均匀且完全对称
(2)质心与机体坐标原点重合
(3)四轴飞行器桨叶不发生形变
(4)四旋翼在各个维度的运动速度与四轴电机的输出呈线性关系
在此假设条件下，根据牛顿第二定律，四旋翼模型可以看成是转子旋转而产生空气动力的模型，其动力方程式如下：
方程式内，表示四旋翼飞行器惯性坐标原点到质心的长度；m指四
旋翼的质量。建立三阶转动惯量矩阵及旋转角速度矩阵，经整理可得飞行器的动力模型方程：
桨叶可用以下状态方程描述，经转换后推出模型方程。
能找到四旋翼飞行器的数学模型说明该系统是可以用控制理论创造
控制算法来控制飞行器的姿态，由此可以知道，该四旋翼飞行器的控制在理论上还有硬件设计上都是可行的。详细模型推导过程，见参考文献[2]。
3 四旋翼飞行器总体设计
3.1 功能模块划分
系统可以划分成硬件和软件两大部分。
硬件包含搭载微控制器的最小系统板单元，低压差电源稳压模块，倾角传感器模块，高速空心杯电机驱动模块和NRF20L01无线遥控模块。
软件部分包括最小系统的驱动，各个外围模块的驱动程序，互补滤波器的软件实现，角度矢量融合及四旋翼飞行器的自平衡输出算法。
笔者在本次设计中重点做控制算法这一块，故会用比较大的篇幅来论述控制算法的实现及实际调试的一些总结、体会。
3.2 系统模块设计图
由3.1的功能模块划分，可以得出以下系统模块设计图，本次设计的四旋翼飞行器将按照图3.1所示的各个模块进行设计。
3.3 系统流程图
四旋翼飞行器的控制流程可以大致用图3.2所示的流程图来表示，在硬件平台的基础上面，系统要通过软件来完成相关的运算和控制量输出。
流程图只是一个大致的方向，其中的简单方框，可能包含大量的处理代码，看似简约的控制流程框图，但却不简单。
3.4 开发工具和开发框架介绍
3.4.1 Altium Designer 6.9介绍
Altium Designer是Altium公司为电子产品开发设计者推出的一款集原理图设计、仿真、PCB布局绘制、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析等功能于一体的EDA软件。本设计采用的是本公司的试用版的Altium Designer 6.9进行双层PCB电路板的绘制。应用到的功能有原理图库的封装设计，原理图设计，PCB库的封装设计，PCB规则设置及PCB 布线布局等功能。本次设计所绘制的电路板性能比较稳定，暂时还没发现任何问题。AD公司的软件图标如图8所示。
3.4.2 Keil for ARM介绍
Keil for ARM是Keil Software与ARM合作开发应用于ARM编程的软件编译环境，其优点是拥有极高的目标代码生成效率，紧凑的汇编代码转化；C语音编程方面，结构性、可读性、可维护性更强，友好的编辑环境通俗易懂，在程序下载烧录方面，更是简单快捷。
3.4.3 Serial_Digital_Scope V2介绍
Serial_Digital_Scope V2中文称虚拟数字示波器，通过调用互联网上提供的数据处理函数，移植到系统程序中，再应用微控制器的串口，向上位机发送虚拟示波器的四路采集数据，在调试互补滤波器、角度矢量输出、控制量输出特性观测的调试过程中，虚拟示波器是不可缺少的工具，在整个系统开发的过程中，大部分的调试结果都通过它来显示。在此，向提供
虚拟示波器函数库的前辈致敬。虚拟示波器的界面如图3.4所示。
4 四旋翼飞行器详细方案设计
本章节将从硬件及相应的驱动软件进行讲解四旋翼飞行器的详细方
案设计。
4.1 硬件模块的功能及设计
硬件模块包括最小系统板、电源、倾角传感器、空心杯电机驱动及NRF24L01无线遥控模块。
4.1.1 最小系统板STM32F103模块
STM32F103是ST公司推出的一款基于ARM的32位增强型微处理芯片，该芯片是基于Cortex-M3 CPU内核开发的，芯片自带512K的FLASH，丰富的GPIO资源，其复用引脚功能有USB、CAN、IIC、SPI、11个定时器、3个ADC和13个通信接口。
本次设计用到了GPIO、IIC、SPI、定时器、ADC这几个功能。最小系统板的原理图如图4.1所示。
4.1.2 低压差电源模块
航模动力电池提供的电压是3.7V最左右，这就决定了3.3V的电源稳压模块必须采用低压差的稳压芯片，LP2985贴片封装稳压芯片是一个不错的选择，在0.3V的范围内，该芯片都能输出稳定的3.3V直流电，其电路原理图如图4.2所示。
4.1.3 倾角传感器模块
倾角传感器采用集成的MPU6050模块，该模块测量的倾角数据通过IIC通信协议传给控制器。该芯片集成了6轴数据测量功能，分别为X、Y、
Z轴角加速度和角速度。同时，通过配置功能寄存器，还可以得到芯片内部自行融合的三轴角度值，除此之外，MPU6050还集成了基于地球磁场感应的三轴数据功能，加上该传感质量轻，输出数据平滑，是航模制作中常用的倾角传感器，其原理图如图4.3所示。
4.1.4 空心杯电机驱动模块
820空心杯电机，5V电压转速达到5W转秒，电流0.15A。四旋翼飞行器电机是单方向旋转，故只需设计半桥驱动即可，本设计采用AO3402 N 沟道MOS管设计半桥驱动，如图13所示，图中包含两路驱动，本设计需要四路驱动，IN4148的作用是续流二极管并加上电容改善功率因数及滤波。详细设计见原理图4.4。
4.1.5 NRF24L01无线模块
NRF24L01无线模块，通信频率在2.4GHZ频段，市面上卖该模块的商家很多，价格不贵，且专业化生产比自行设计的要稳定，故本设计采用的是模块化的NRF24L01无线模块，采用SPI通信协议实现与控制芯片的信息交换。其原理图如图4.5所示。
4.2 驱动程序功能及设计
硬件设备需要软件驱动才能拥有“灵魂”，本部分将附上各个模块的初始化函数库，因为论文篇幅有限，STM32的函数库，读者可以在工程中找到，笔者只给出调用的函数名。
4.2.1 最小系统板初始化
最小系统板配置包括库函数引导，锁相环时钟配置，GPIO配置等，
详细的参数配置详见程序注释。RCC配置如图4.6所示。
4.2.2 MPU6050初始化
MPU6050采用IIC通信协议通信，其配置流程如图4.7所示。
三部分的程序比较多，详细配置可查阅附录代码。
4.2.3 NRF24L01初始化
NRF24L01模块采用的是SPI通信协议，SPI和IIC都是基于串行数据总线通信的协议，配置起来有许多相似的地方。配置函数如图4.8所示。NRF24L01实现遥控按键值与微控制器的指令交换，所有的控制命令和控制参数都可以通过NRF24L01来传递。选择NRF是因为该模块通信距离远，通信速率快且频段在2.4GHz。在市面上已经相当成熟。价格也不高。
4.2.4 空心杯电机驱动初始化
空心杯电机的转速通过调节PWM的占空比来实现，设定的频率为
10K，100%占空比输出值为2000，采用定时器2作为PWM时钟，四旋翼飞行器一共用到4路PWM分别驱动4个空心杯电机。选择PWM频率根据电机的特性来觉得，10K是一个理想的频率值，在此频率下，电机线性度良好，振动及噪声也相对要小很多。详细的PWM配置见图4.9。
四旋翼飞行器最终的PCB图如图4.10所示，实拍图如图4.11所示。
5 四旋翼飞行器控制算法实现
控制算法单独设成一章，足见控制算法的重要性，控制算法是一个机器的灵魂，本章将探讨四旋翼飞行器的控制算法。
5.1角度及角速度数据处理算法
MPU6050通过IIC传输回来的数据需要由字符型转换位short型，应用STM32F103微控制器的一个好处是从short型到float型无需强制装换，芯片内部自行转换。认识到采集回来的数据类型是字符型，在数据处理时能少走许多弯路，详细问题解决笔者将在调试篇讲到。
5.1.1 互补滤波器可行性分析
IIC采集回来的倾角数据是有噪声的，如图5.1所示。在应用之前需要进行数字滤波。数字滤波器有很多种，因为熟悉互补滤波器，笔者在本设计中采用了互补滤波器来进行数字滤波。互补滤波的原理框图如图5.2所示。
有互补滤波器的原理图，可以得出如（2）式所示的互补滤波器的数学模型，将互补滤波器拆分成两部分，加号左边构成高通滤波器，右边构成低通滤波器。可以从陀螺仪和加速度计的物理特性来理解。
陀螺仪反映的是角速度，高频运动它的反应更灵敏而低频情况下，陀螺仪几乎没有值输出，这样的特性确定陀螺仪可以用作高通滤波器。
同理，加速度计在低频运动时输出最灵敏而到高频时输出灵敏度降低，具有低通滤波器的特性，故可以将加速度计视为低通滤波器。
由此将两者特性结合起来应用，可以满足滤除四旋翼飞行器倾角信号噪声的缺点，还原飞行器真实的角度。由此论证互补滤波器在理论上是可
行的。
5.1.2 互补滤波器算法软件实现
由互补滤波器原理框图，可以得出得到如图5.3所示的算法。在程序中已经做了详细的注释，此处不再重复。参数整定将在调试部分讲解。5.2姿态控制算法
四旋翼飞行器要稳定悬空飞行，需要稳定的控制算法。笔者在本设计中采用经典的PID控制算法来完成飞行器的姿态控制。
5.2.1 PID控制算法可行性分析
PID控制算法是比例、积分、微分、的第一个字母的大写构成的算法，分为位置式PID和增量式PID。在自动控制理论课中证明过PID控制的诸多优点，笔者选择PID除了能从书本上的证明论证可行性之外，还从飞行器自身的特性来考虑。由于论文篇幅有限，此时不再引申课本上论述PID 可行性的例子而是通过笔者自身的理解来论证可行性。
首先，四旋翼飞行器通过互补滤波得到一个较真实的角度值，同时，还有在每个方向上都具有一个角速度值，从实验的波形可以发现，陀螺仪输出的角速度是超前于角加速度的；其次，联系PID中的D，微分也具有一个超前预测变化趋势的作用，由此笔者想到了应用陀螺仪的值乘以一个系数Kd得到PID中的D。
然后，角度值与机体的角度看似呈线性变化的，联系PID中的比例分量，两者用着共同的物理意义，由此可以将角度值乘以一个Kp得到比例分量。
最后是积分分量，是否加积分量需要看前面的PD控制是否能满足四旋翼飞行器的自平衡，如果PD调节达到上限，系统还有静态偏差时，则
加入积分加以修正。
在数学建模中常用类比的思想，总结出模型共同的物理特性，用已知的数学模型来替代未知的模型，再结合实际调试，总有得到真理的时候。最后的结论是：PID可以满足四旋翼飞行器的平衡控制。
5.2.2 PID控制算法软件实现
如（3）式所示，PID控制器的微分方程，为了方便编程，需要将微分方程转化成如（4）式所示的位置式PID或（5）式所示的增量式PID。本系统应用的是PID模型是根据硬件特性类比PID算法得出的控制算法，在编程上有一定的共同之处。
目前程序中只用到了PID，其框图如图5.4所示。
通过上述互补滤波得出的角度值与外部给定的角度值作差，得到偏差角度乘上比例系数nP加上nD乘以陀螺仪测回的角速度值，得到空心杯电机的PWM值。其编程语句如图5.5所示。
5.2.3 多维度控制量输出融合算法
四旋翼飞行器坐标系如图5.6所示，如果将X-Y轴的控制量输出进行分解，每个电机将得到两个轴的PWM。分解成X-Y轴后在程序中分开处理XY轴，解析出控制量后，最进行输出量融合。这样的方式能使四旋翼飞行器在XY平面内360°的倾角都有电机输出响应。
多维度角度融合算法软件实现如图5.7所示。
CCR1_Val是PWM设定寄存器，通过改变其大小，可以改变电机的转速。每个电机在XY坐标系能分别得到Speed_Out_x_x的控制分量，相
摘要 四轴飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器，与普通飞行器相比，具有结构简单、故障率低和单位体积能够产生更大升力等优点，所以在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景，非常适合在狭小空间内执行任务。 本设计采用stm32f103zet6作为主控芯片，3轴加速度传感器mpu6050作为惯性测量单元，通过2.4G无线模块和遥控板进行通信，最终使用PID控制算法以PWM方式控制电子调速器驱动电机实现了四轴飞行器的设计。 关键词：四轴飞行器,stm32;mpu6050,2.4G无线模块.PID.PWM
Abstract Quadrocopter has broad application prospect in the area of military and civilian because of its advantages of simple structure. Small size, low failure rate, taking off and landing ertically . etc. it is suitable for having task in narrow space. This design uses STM32f103zet6 as the master chip, and triaxial accelerometer mpu6050 inertial measurement unit, via 2.4G wireless module and remote control panel for communication. Finally using pid control algorithm with pwm drives the electronic speed controller to change moto to realize the design of quadrocopter. Key word : quadrocopter,stm32,mpu6050,2.4G wireless module ;pid; pwm
目录 第一章绪论 (1) 1.1 系统开发的背景 (1) 1.2 软件开发的策略 (1) 1.3 软件的开发方法 (3) 1.4 系统开发环境的选取 (4) 第二章系统规划 (7) 2.1 软件开发中的主要问题 (7) 2.2 软件开发目标 (7) 第三章系统分析 (8) 3.1 系统的初步调查 (8) 3.2 系统的可行性分析 (8) 3.3 对现存软件的研究 (9) 3.4 新系统逻辑方案的提出 (9) 第四章系统设计 (12) 4.1 目的与任务 (12) 4.2 系统的总体结构设计 (12) 4.3 系统的物理结构设计 (13) 4.4 系统运行的软硬件环境 (14) 4.5数据库设计 (14) 4.6用户界面设计 (17) 第五章系统实现 (19) 5.1 与数据库的连接 (19) 5.2 线程的设计 (21) 5.3具体的功能实现 (22) 5.4 系统测试 (34) 第六章系统运行与维护 (36) 6.1 系统的运行 (36) 6.2 系统的维护 (36) 第七章结论 (37) 7.1本软件的特点 (37) 7.2本软件的缺点 (37) 结束语 (38) 致谢 (38) 参考文献 (39)
第一章绪论 1.1 系统开发的背景 在科技日益发达的今天，社会对每个身处其中的分子要求越来越高，懂得一门外语只是基本的要求。而学习外语也要讲究一定的方法，一些辅助的工具也是必不可少的。 回顾过去背单词的方式，大家都是对着一本厚厚的字典，用笔在纸上反来复去的写，力求用次数来达到记忆的目的。可这种方式太浪费时间，一些单词被背了又背，一些单词却未被问津，自己都不知道哪些是已经记下来的，哪些是还不会的。把时间都白白的浪费掉了，真是得不偿失，因此，改变这种方式势在必行！使用计算机编写的背单词工具就改变了这种状况，使背单词也变得“轻松”起来。面对当前市场上背单词工具质量的良莠不齐，因而提出了设计一个新的，功能更实用，操作更方便，界面更友好的英语背单词工具——“攻破单词”。 通过对此工具的使用，可以节省很多时间，提高记忆效率，加强学习上的灵活性，使记忆、测试和查单词等各方面都很方便、轻松、快捷，相信它更能满足学习英语的学习者的需要，提高学习的进程，增加学习的兴趣。 1.2 软件开发的策略 将程序看作是按照顺序执行的一系统指令，这通常称为过程编程。过程化程序设计的典型特征是：程序中的数据对于所有过程都是可见的，因此也很容易造成混乱；过程与数据之间的关系是独立的，数据并没有要求一定要用那些方法来处理，原则上任何过程都可以对数据进行操作。在面向过程的程序设计方法中，首先考虑的是程序的功能，即程序要解决的问题，通过将功能逐步细化，直到每一个小的功能模块都能够用函数或过程来实现。然后设计数据结构，编写功能模块（过程），最后将它们组合成一个复杂的程序。换句话说，面向过程的程序设计采用的是“算法+数据结构=程序设计”的思想，即首先考虑解决问题的算法，然后再设计适合的数据结构使得算法得以有效的实现。面向过程的程序设计方法对于小型程序来说是适合的，但是用它来开发大规模的、可重用的应用就显得力不从心了。 与过程编程相对的是面向对象的编程。面向对象编程（OOP）从另外角度看待
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 -
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)
徐州工程学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称：基于单片机的住宅小区煤气 泄露实时报警器设计 学生姓名：学号： 指导教师：职称： 所在学院： 专业名称： 徐州工程学院 20 年月3日
说明 1．根据《徐州工程学院毕业设计(论文)管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，学院教学院长批准后实施。 2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。 3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。 4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。 5. 课题类型填：工程设计类；理论研究类；应用（实验）研究类；软件设计类；其它。 6、课题来源填：教师科研；社会生产实践；教学；其它
课题 名称 基于单片机的住宅小区煤气泄露实时报警器设计 课题 来源 社会生产实践课题类型工程设计类 选题的背景及意义 近年来随着人民生活水平的提高，管道煤气和罐装煤气已深入到寻常百姓家。但由于使用不当或设备老化等原因导致的煤气泄漏极大地威胁着人们的生命财产安全。煤气泄漏而大量产生的一氧化碳是煤气中毒事件的根源，如采用煤气泄漏报警器就能得到及时的警示。单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施。为了防止中毒事件再次发生，提出利用单片机系统进行有效的预防对策。为此设计出家用煤气泄漏报警控制器。 煤气泄漏的危害 一氧化碳的浓度与健康成年人中毒的可能症状 50ppm 健康成年人在八小时内可以承受的最大浓度 200ppm 2-3小时后，轻微头痛、乏力 400ppm 1-2小时内前额痛；3小时后威胁生命 800ppm 45分钟内，眼花、恶心、痉挛；2小时内失去知觉；2-3小时内死亡1600ppm 20分钟内头痛、眼花、恶心；1小时内死亡 3200ppm 5-10分钟内头痛、眼花、恶心；25-30分钟内死亡 6400ppm 1-2分钟内头痛、眼花、恶心；10-15分钟死亡 12800ppm 1-3分钟内死亡
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)
目录 目录 (1) 摘要 (1) 前言 (3) 第一章绪论 (4) 1.1研究背景 (4) 1.2设计目标 (4) 1.3本文结构 (5) 第二章系统开发环境与技术 (6) 2.1系统开发环境 (6) 2.1.1 MyEclipse插件介绍 (6) 2.1.2 Tomcat服务器介绍 (6) 2.2系统开发技术 (7) 2.2.1 JSP与Servlet技术 (7) 2.2.2 JavaScript简介 (10) 2.2.3 MVC模式 (11) 2.2.4 Struts框架 (11) 2.2.5 Spring框架 (13) 2.2.6 Hibernate框架 (15) 第三章系统需求分析与前台设计 (17) 3.1需求分析 (17) 3.1.1 系统前台简要设计概述 (17) 3.1.2 系统用例图 (18) 3.2系统设计 (18) 3.2.1 系统层次划分 (18) 3.2.2 数据库设计 (19) 3.2.3 成本管理模块时序图 (22) 第四章系统详细设计与功能实现 (27) 4.1系统项目的文件夹结构 (27) 4.2成本管理模块的具体实现 (28) 4.2.1 查询成本信息列表功能的实现 (28)
4.2.3 修改成本信息功能的实现 (36) 4.2.4 删除成本信息功能的实现 (39) 4.2.5 查看成本明细信息功能的实现 (41) 第五章总结与展望 (43) 5.1课题总结 (43) 5.2进一步开发的展望 (43) 参考文献 (44) 致谢 (45)
摘要 服饰企业生产状况联络表是针对企业的实际情况而进行设计、开发的，而成本管理模块则是为了保持产品的成本信息及时的保存、更新。利用JSP技术和SSH框架以及相应的数据库访问技术实现了基于Web的系统。该框架可以减少模块之间的耦合性，让开发人员减轻重新建立解决复杂问题方案的负担，并且可以被扩展以进行内部的定制化。通过使用JSP技术建设动态网站，充分发挥了Java语言所独有的易用性、跨平台性和安全性，从而构建了一个运行高效、安全可靠、适用性广的管理系统，实现了企业信息资源的网上管理，满足了公司业务处理的需要，使企业适应了网络经济时代发展的要求。 论文首先简要介绍了企业管理系统的一些研究与应用背景，其次介绍了该网站系统所采用的开发工具、平台以及开发环境。在此基础上，论文详尽描述了成本管理系统情况。 关键词：JSP，SSH框架，成本管理 作者：XX 指导老师：XX
基于WIFI的智能多功能微型四旋翼飞行器设计 摘要：本文基于WIFI无线传输技术，通过建立四旋翼飞行器的空气动力数学模型，结合实际需求分析，通过单片机总控，各功能模块有机整合，优化软硬件设计，完成最终制作调试，实现飞行器的自由巡航、悬停、降落和视频探测等功能，达到了预期设计目标。 关键词：WIFI;四旋翼;飞行器 1.引言 四旋翼飞行器是一种可以实现垂直起降的旋翼式无人飞行器，具有操控简单，体积小，机动性强，启动快，方便拍摄等优点，能及时地将诸如地震、矿难等特殊现场第一手资料传送回控制中心，帮助我们了解现场状况并作出正确判断[1]。 国外对旋翼式飞行器的研究较多且较深入，我国在该领域的研究起步较晚，成果相对较弱，并且侧重点有所不同，有的侧重数学建模，有的侧重自动控制与研发等等[2]。 本文于是针对自然灾害等特殊现场设计了一种基于WIFI的智能多功能四旋翼飞行器，采用独立控制的四旋翼，升力更大，同时可狭小空间内起降，还具有机械结构简单、机动灵活、操控性高及成本低等优势。 2.建立动力学模型 2.1 坐标变换 四旋翼飞行器的四个旋翼都高速旋转，其所受的空气动力比较复杂，要建立非常准确的空气动力学模型比较困难，为了简化四旋翼飞行器的数学模型，可忽略其弹性形变[3]。为了相对准确的描述飞行器运动状态，建立三维数学坐标系，也叫机体坐标系。OX轴指向地平面方向，由右手定则确定OY轴和OZ轴的方向。用原点O表示飞行器的重心，则OX轴指向飞行器的前方，OY轴指向飞行器的右方，OZ轴指向飞行器的上方。地面三维坐标系与机体坐标系之间存在三个欧拉角：偏航角ψ（沿Z轴方向）、滚动角φ（沿X轴方向）和俯仰角q（沿Y轴方向）。两个坐标系之间的关系如下： ，，（1） 可进一步的转换矩阵得： （2） 经计算可得如下坐标转换公式：
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 -
1.1核心芯片8051单片机 (2) 1.2 ADC0809转换芯片 (5) 1.2.1 ADC0809的逻辑结构 (5) 1.2.2 ADC0809 的通道选择 (6) 1.2.3 ADC0809的引脚图及各引脚作用 (6) 1.3 MC14499芯片 (8) 1.3.1.MC14499的结构及功能介绍 (8) 1.3.2 MC14499在单片机中的应用 (10) 1.4 74LS373芯片 (13) 1.5 LED数码管 (15) 1.5.1 LED数码管显示器的结构 (15) 1.5.2 LED数码管显示器的显示段码 (17) 1.5.3 LED显示器的参数 (18) 1.6 X25045 (18) 2 系统硬件设计 (20) 2.1系统设计原理和系统框图 (21) 2.1.1设计原理 (21) 2.1.2系统框图 (21) 2.2液位传感器设计 (22) 2.2.1 传感器原理 (22) 2.2.2 传感器的组成 (22) 2.2.3 测量原理 (23) 2.2.4 将电容转化成电信号部分 (24) 2.2.5 电信号放大电路设计 (25) 2.3 A/D0809模数转换 (25) 2.4 显示电路的设计 (27) 2.5 键盘电路 (29) 2.5.1矩阵式键盘的工作原理 (30) 2.5.2 硬件电路设计及电路图 (30) 2.6 继电器控制水泵加水电路 (31) 2.7 报警电路 (32) 2.8 电源电路 (33) 2.8.1 直流电源电路 (33) 2.8.2 备用电源切换电路 (34) 2.9看门狗电路 (35) 3 系统软件的设计 (38) 3.1 软件设计流程图 (38) 3.2矩阵键盘程序设计 (40) 3.2.1 程序设计内容 (40) 3.2.2系统程序 (40) 3.3 ADC0809模数转换流程图 (42) 4 结论 (45) 附录A (46)
南宁地区教育学院毕业论文（设计） 题目学生成绩管理系统 姓名文艳 学号2009108014 专业计算机应用技术 班别09计算机 指导教师周秀梅 提交日期2011年12月30日
摘要 学生成绩管理系统其开发工作主要包括后台数据库的建立和维护以及前端应用程序的开发两个方面。Powersoft的powerbuilder为用户提供了功能强大的集成开发环境。POWERBUILDER是图形用户界面的c/s开发工具,利用其提供的各种面向对象的开发工具,powerbuilder具有强大的多个数据库描述连接功能和数据库检索力。利用其前端的用户界面开发功能完备，易使用的应用程序。而后台的数据库连接由POWERBUILDER完成，建立起数据一致性和完整性强.数据安全性好的库。
目录 第一章绪论 (1) 第二章可行性分析 (3) 第三章关键的技术 (4) 第四章数据库设计 (7) 第五章需求分析 (11) 第六章总体设计 (13) 第一节程序设计 (13) (1)输入功能模块 (13) (2)查询,修改模块 (14) (3)退出系统模块 (14) 第二节总体设计小结 (14) 第七章详细设计 (15) 第八章体会 (29) 参考文献 (30)
第一章绪论 Sybase power Builder9.0是一个企业级的，面向对象的快速应用开发工具，它易于使用的，可伸缩的，并经实践证明的快速集成开发环境，在给用户提供一条转移到下一代平台的途径的同时，使用户仍能够保护和扩展现有的技术和应用上的投资。多年来，用户一直赞赏Power Builder用于客户/服务器应用开发的快捷性，简便性以及先进性。现在，用户可以在他熟悉的相同的Power Builder环境中使用相同的技术来创建同样功能强大的Wed和分布式应用。Power Builder9.0是美国著名的Power soft公司开发的可视化数据库编称语言，它是完全按照客户机/服务器体系结构设计的，特别是其提供了用于创建和管理不同对象的众多画板，具有强大的数据库操作功能，是一款极其优秀的面向对象的数据库开发工具。使用它将会使应用程序的开发速度更快，成本更底，质量更高，功能更强，使开发人员从枯燥复杂的编程中解放出来，令开发应用系统这一让人头痛的工作变成了真正的享受。它提供了对面向对象编程的全面支持，集成强大并易于使用的编程语言。 使用Power Builder可以快速地开发出当今最流行的各种商业应用，如客户/服务器应用，分布式应用，基于组件的应用和wed应用。在Power Builder强大功能和友好的集成开发环境支持下，开发人员的效率得到空前的提高，使程序设计与开发工作变的更加有趣，仿佛是一个艺术家在创作一件艺术品，因此它深受国内外广大开发人员的喜欢。 Power Builder9.0的特点主要表现在以下几个方面： 1．高效率的应用开发 Power Builder通过提供大量新的功能和特征继续扩展其快速应用开发和无比卓越的生产率传统，显著地加快了应用的周期。 2．紧密集成Sybase EAServer 当运行于EAServer中时，Power Builder应用的功能非常强大。 EAServer是Sybase公司的一个独具特色的应用服务器，它融合了组件事务处理服务器和动态页面服务器的功能。 3．强大的Wed应用开发能力
四旋翼飞行器的结构形式和工作原理 1.结构形式 直升机在巧妙使用总距控制和周期变距控制之前，四旋翼结构被认为是一种最简单和最直观的稳定控制形式。但由于这种形式必须同时协调控制四个旋翼的状态参数，这对驾驶员认为操纵来说是一件非常困难的事，所以该方案始终没有真正在大型直升机设计中被采用。这里四旋翼飞行器重新考虑采用这种结构形式，主要是因为总距控制和周期变距控制虽然设计精巧，控制灵活，但其复杂的机械结构却使它无法再小型四旋翼飞行器设计中应用。另外，四旋翼飞行器的旋翼效率相对很低，从单个旋翼上增加拉力的空间是非常有限的，所以采用多旋翼结构形式无疑是一种提高四旋翼飞行器负载能力的最有效手段之一。至于四旋翼结构存在控制量较多的问题，则有望通过设计自动飞行控制系统来解决。四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1和旋翼3逆时针旋转，旋翼2和旋翼4顺时针旋转，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。四旋翼飞行器的结构形式如图1.1所示。
图1.1四旋翼飞行器的结构形式 2.工作原理 典型的传统直升机配备有一个主转子和一个尾桨。他们是通过控制舵机来改变螺旋桨的桨距角，从而控制直升机的姿态和位置。四旋翼飞行器与此不同，是通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。由于飞行器是通过改变旋翼转速实现升力变化，这样会导致其动力部稳定，所以需要一种能够长期保稳定的控制方法。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，因此非常适合静态和准静态条件下飞行。但是四旋翼飞行器只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。
毕业设计论文_基于单片机肺活量测量仪
目录 引言 (1) 1. 绪论 (2) 1.1 本课题的研究意义 (2) 1.2 本课题的发展现状 (2) 1.2.1电子类肺活量测量仪 (2) 1.2.2非电子类肺活量测量仪 (2) 1.3 本课题的发展趋势 (2) 1.4 智能肺活量测量仪研究目的及其可行性 (2) 1.5 课题的主要研究工作和各章内容安排 (3) 2. 相关技术和基础理论介绍 (3) 2.1 肺活量测量相关概述 (3) 2.1.1肺活量 (3) 2.1.2气压传感器 (3) 2.2 通过气压传感器测量肺活量的原理 (4) 2.3 数据采集 (4) 2.3.1A/D转换器 (4) 2.3.2A/D转换的基本原理 (5) 2.4 串口通信 (6) 2.5 主要器件功能说明 (10) 2.5.1 AT89S5单片机 (10) 2.5.2 MAX232串行通信芯片 (12) 2.5.3 AD620 (12) 2.5.4 气体压力传感器ATP015G (13) 3. 系统设计方案及原理 (15) 3.1 总体方案 (15) 3.2 系统原理 (15) 4. 硬件原理与设计 (16) 4.1 输入部分电路 (16) 4.2 A/D转换部分电路 (17) 4.3 液晶显示电路 (17) 4.4 串口通信部分电路 (18)
4.5 电源部分电路 (18) 4.6 电路布线，调试及故障分析 (19) 4.6.1 PCB设计一般步骤 (20) 4.6.2 PCB布线工艺要求 (21) 4.6.3 电路的故障及调试分析 (22) 5.软件设计 (23) 5.1 下位机程序流程图 (23) 5.2 A/D转换程序及TLC549工作时序 (24) 5.3 上位机显示界面 (25) 6. 误差与干扰分析 (26) 6.1 测量仪器的影响 (26) 6.2 测量的随机性 (26) 7. 实现功能与结论 (26) 8. 总结 (28) 谢辞 (28) 参考文献 (29) 附录 (30) 附录1：系统PCB图 (30) 附录2：系统源程序 (31)
计算机专业毕业设计说明书（论文）写作方法指导（仅供参考）毕业设计论文是毕业设计工作的总结和提高，与从事科研开发工作一样，必须有严谨求实的科学态度。毕业设计论文应有一定的学术价值和实用价值，能反映出作者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。 在毕业设计期间，尽可能多地阅读文献资料是十分重要的，这不仅能防止重复研究，而且可为毕业设计做好技术准备，还可以学习论文的写作方法。一篇优秀的论文对启发思维，掌握论文的写作规范很有帮助。 论文的写作方法多种多样，并没有一个固定的格式，下面仅对论文中几个主要部分的写作方法提出一点参考性意见。 一、前言部分 前言部分也常用“引论”、“概论”、“问题背景”等作为标题，主要介绍论文的选题。 首先阐明选题的背景和选题的意义。选题需强调实际背景，说明在计算机研究中或部门信息化建设、管理现代化等工作中引发该问题的原因，问题出现的环境和条件，解决该问题后能起什么作用等。结合问题背景的阐述，使读者感受到此选题确有实用价值和学术价值，确有研究或开发的必要性。 前言部分常起画龙点睛的作用。选题实际又有新意，意味着研究或开发的方向对头，设计工作有价值。对一篇论文来说，前言写好了，就会吸引读者，使他们对你的选题感兴趣，愿意进一步了解你的工作成果。 二、综述部分 任何一个课题的研究或开发都是有学科基础或技术基础的。综述部分主要阐述选题在相应学科领域中的发展进程和研究方向，特别是近年来的发展趋势和最新成果。通过与中外研究成果的比较和评论，说明自己的选题是符合当前的研究方向并有所进展，或采用了当前的最新技术并有所改进，目的是使读者进一步了解选题的意义。 综述部分能反映出学生多方面的能力。首先，反映学生中外文献的阅读能力。通过查阅文献资料，了解同行的研究水平，在工作中和论文中有效地运用文献，这不仅能避免
2013年全国大学生电子设计竞赛课题:四旋翼自主飞行器（B 题） 【本科组】 2013年9月7日
摘要 为了满足四旋翼飞行器的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统和算法。首先进行了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。四旋翼飞行器采用了固连在刚性十字架交叉结构上的4个电机驱动的一种飞行器，以78K0R CPU內核为基础,围绕新的RL78 CPU內核演化而来的RL78/G13作为控制核心，工作频率高达32MHz，工作电压1.6V-5.5V，适合各种类型的消费类电子和工业应用, 满足8/16位微控制器的需求，有助于降低系统功耗，削减总系统的构建成本。采用9926B MOS管芯片的驱动直流电机，该驱动芯片具有内阻小、负载电流大、且控制简单的特性。通过采用MPU-6050整合的3轴陀螺仪、3轴加速器，并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由主要I2C端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的9轴融合演算技术InvenSense的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理运算对操作系统的负荷，实现了四旋翼飞行器运动速度和转向的精准控制。通过HC-SR04超声波测距模块实现了对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制。通过激光传感器，实现了四旋翼飞行器沿黑线前进，在规定区域起降，投放铁片等功能，所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。 关键词：四旋翼自主飞行器，E18-D50NK光电传感器，寻线，超声波，单片机。
四旋翼自主飞行器（B 题） 【本科组】 1系统方案 本系统主要由电源模块、电机驱动模块、光电循迹模块模块、超声波测高模块、姿态传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。 1.1 电源模块的论证与选择 方案一：采用线性元器件LM7805三端稳压器构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率低，容易发热。 方案二：采用元器件2596为开关稳压芯片，效率高，输出的纹波大，不容易发热。 方案三：采用线性元器件2940构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹波小，效率高，不容易发热，综合性能高。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.2 电机驱动模块的论证与选择 方案一：采用三极管驱动，由于输出电流很大，容易发热， 方案二：采用L298N电机驱动模块，通过电流大，容易发热，使得电机转速变慢，载重量变小。 方案三：采用场效应管9926B芯片组成的电机驱动模块，驱动能力好。能承受的最大电流为7.5A，符合要求。 综合以上三种方案，选择方案三。 1.3 光电循迹模块的论证与选择 方案一：采用CCD摄像头采集图片经过算法处理循迹，前瞻性比较好、循迹效果好，但是处理程序复杂、成本高。 方案二：采用红外对管，有效距离太短，不能满足实际循迹要求。 方案三：采用E18-D50NK光电传感器，这是一种集发射与接收于一体的光电传感器, 检测距离可以根据要求进行调节。探测距离远、受可见光干扰小、前瞻性较好、抗干扰性较好。
单片机课程设计报告 多功能电子数字钟 姓名: 学号: 班级: 指导教师:
目录 一课程设计题目-------------------------------- 3 二电路设计--------------------------------------- 4 三程序总体设计思路概述------------------- 5 四各模块程序设计及流程图---------------- 6 五程序及程序说明见附录------------------- ** 六课程设计心得及体会---------------------- 11 七参考资料--------------------------------------- 12
一题目及要求 本次单片机课程设计在Proteus软件仿真平台下实现，完成电路设计连接，编程、调试，仿真出实验结果。具体要如下：用8051单片机设计扩展6位数码管的静态或动态显示电路，再连接几个按键和一个蜂鸣器报警电路，设计出一个多功能电子钟，实现以下功能： (1)走时（能实现时分秒，年月日的计时） (2)显示（分屏切换显示时分秒和年月日，修改时能定位闪 烁显示） (3)校时（能用按键修改和校准时钟） (4)定时报警（能定点报时） 本次课程设计要求每个学生使用Proteus仿真软件独立设计制作出电路图、完成程序设计和系统仿真调试，验收时能操作演示。最后验收检查 结果，评定成绩分为： (1)完成“走时+显示+秒闪”功能----及格 (2)完成“校时修改”功能----中等 (3)完成“校时修改位闪”----良好 (4)完成“定点报警”功能，且使用资源少----优秀
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 1引言 1.1背景意义 长期以来，我国高等院校使用传统的人工方式和单机方式管理科研、办公、会议记录等信息。传统的人工管理方式存在着许多缺点，如效率低、保密性差、成本高和存储量小，时间一长，将产生大量的冗余文件和数据，要从大量的文件和数据获取需要的信息时，查找工作十分繁重;单机管理方式虽然克服了人工管理方式的一些缺陷，如可以按时间、内容、关键字等进行检索，但该方式还存在一些其它方面的缺点，如灵活性差、数据库安全性受到限制、应用程序不能分布式使用等。 随着计算机技术和网络技术的发展，现代化办公已经走入各行各业各阶层，传统的人工或单机管理方式已经无法满足高校办公现代化的要求。为了树立高校“以人为本”的管理模式，以应对日益加快的科技工作节奏，使高校信息管理科学化、规范化、现代化，自主开发一个旨在实现高校在校园网上提供办公信息管理服务，开展网上信息管理活动，推行新的管理手段以提高工作效率，实现网上信息的共享和协同管理。 1.2管理信息系统现状及发展趋势 1.2.1管理信息系统现状 管理信息系统（简称MIS）是在管理科学、系统科学、计算机科学等的基础上发展起来的综合性边缘科学。是一个人机系统，同时它又是一个一体化集成系统，是信息系统的一个子系统，它以计算机技术、通讯技术和软件技术为技术基础，同时将现代管理理论、现代管理方法及各级管理人员融为一体，最终为某个组织整体的管理与决策服务，是由人和计算机组成的能进行管理信息的收集、传递、存储、加工、维护和使用的系统。在21世纪信息高速发展的时代中，管理信息系统具有很重要的作用，它的预测和辅助决策的功能，即利用现代管理的决策和支持。 1.2.2管理信息系统发展趋势 信息在社会和经济的发展中所起的作用越来越为人们所重视。信息资源的开发利用水平成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。计算机作为信息处理的工具，为适应数据处理需求的迅速提高，满足各类信息系统对数据管理的要求，在文件系统的基础上发展基础数据库系统，数据库方法针对事物处理中大量数据管理需求。我国自从80年代上半期，国家计委统计局计算中心在第一次全国人口普查、工业普查中使用了数据库管理技术以来，随着微机管理系统的推广，数据库信息管理系统的应用逐渐展露头脚,但是由于起步晚的原因以及当代技术的占有独享性质,导致我国虽然在这方面发展迅速但是发展规模普遍都是中小型方向而且运作机制还很不完善。 2. 需求分析 2．1系统概述