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基于ARM的无人机飞行控制系统的硬件实现

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[作者简介]　胡延霖,教授.[收稿日期]　2005201210[文章编号]　100921300(2006)0120079205基于AR M 的无人机飞行控制系统的硬件实现胡延霖,　苏永振,　陈　晖(郑州防空兵指挥学院,郑州　450052)[摘　要]　按照高性能和小型化的要求,以AT91M55800A 微控器为核心设计并实现了基于AR M 的新型无人机飞行控制器硬件,详细给出了系统整体方案的分析设计和具体的硬件选型及接口设计.对设计中的关键技术进行了研究,系统具有设计精炼,可靠性高,开放性等特点.[关键词]　无人机;　飞行控制;　AR M[中图分类号]　V279 [文献标识码]　AHardware D esi gn of Fli ght Con trol System i n UAV Ba sed on AR MHu Yanlin,　Su Yongzhen,　Chen Hui(A ir Defense Command College,Zhengzhou 450052,China )Abstract:According t o the de mand of high perfor mance and m iniaturizati on,the ne w type of flight contr ol syste m hard ware in UAV is devel oped based on ARM.Analysis of syste m ,selecti on of hardware,design of communicati on interface are intr oduced in detail .The key techniques related t o hardware design are dis 2cussed .The design is noted f or its si m p le structure,high reliability and opening .Keywords:UAV;　flight contr ol;　AR M1　引言无人机飞行控制系统是一种具有高性能的自主导航、自动飞行控制、任务管理的综合系统,需要进行大量复杂的数据处理与数学运算.飞控计算机是飞行控制系统的核心子系统.随着航空航天技术的发展,飞控计算机向着高精度和小型化方向发展.高精度要求无人机的制导控制精度高、稳定性好,能够适应复杂的外界环境,致使控制算法比较复杂,计算速度快、精度高.小型化则对控制系统的重量和体积提出了更高的要求,要求计算机的性能越高越好,体积越小越好.性能指标和体积限制迫切需要研制新型的飞控计算机.2　接口的设计要求基于AR M 的飞行控制计算机的设计,关键在于系统整体方案设计.接口设计是一个重要环节,其质量将直接影响系统的性能.信号输入输出时要考虑抗干扰性.所设计的整体方案要易于实现,对不同型号的无人机要有一定的适应性.对于要求相近的型号,应该以修改控制软件为主,以少改动或不改动硬件设计为好,这些要求都要在方案设计的各个环节中考虑.首先要对无人机的飞控/导航任务和实现的目标作需求分析.根据飞行要求和控制对象的复杂程・97・战术导弹技术　TacticalM issile Technol ogy January,2006,(1):79～83度,选择控制周期;按照控制周期内控制计算量来确定计算的类型和运算速度,并结合外部单元确定接口方案,以及对抗干扰因素的考虑,可确定整体的通讯协议和接口形式.在无人机的飞行过程中,为了实现一定的飞行任务,需要对其飞行姿态进行控制,引导飞机按照一定的航线准确飞行.为了进行姿态控制,就需要获得飞行姿态的实时参数信息以及遥控遥测参数.有了这些信息参数,经过计算机的控制算法计算,实时输出控制量到执行机构,从而实现控制/导航目的,其构成示意图见图1.图1　飞行控制计算机接口框图垂直陀螺、三轴角速率陀螺输出的是模拟信号,因此飞控计算机必须具有多路模拟信号的高精度采集能力.而磁航向传感器、高度传感器以及与GPS和遥控遥测等外围单元的数据交换则采用了RS2485、RS2232通讯协议,因此飞控计算机要具有多串口的通行能力.同时系统要求一系列的电平输出/输入接口,舵机接收的是频率信号,因此飞控计算机必须将控制参数以频率量的格式输出.以上都是在硬件设计中必须考虑的内容.3　系统硬件的设计飞控计算机要求具有较好的实时性、可靠性、嵌入性和低功耗等特点.实时性要求对输入的导航数据以最快的速度处理并以最短的延时输出控制信号.可靠性要求抗干扰能力强,要有较宽的工作温度范围和抗电磁干扰能力等.嵌入性要求尽量轻、小的体积质量.这些条件在设计时都要综合考虑以达到最优化的性能设计.其硬件结构框图如图2所示.以下将从AR M芯片选择、外部存储器扩展、模拟信号接收、串口通讯、频率/数字信号的输出等几个模块的具体设计加以说明.3.1　AR M的选择从计算精度、计算速度、控制性能要求、功耗及上述接口等方面考虑,采用AT ME L公司的AT91M55800A芯片作为CP U.该芯片集成了ARM7T DM I核、嵌入式I CE接口、存储器以及外围.AT91M55800A具有先进系统总线(AS B)和先进外围总线(AP B)两条主要总线,AS B接口由存储控制寄存器控制用于实现最高的性能.AR M7T DM I 核通过AS B接口实现与片内32位存储器、外部总线接口(E B I)以及AMBA桥的连接.AMBA桥用来驱动AP B;AP B用来访问片内外围,优化系统功耗.AT91M55800A通过完全可编程的外部总线接口直接连到片外存储器,使读或写操作最快可达一个时钟周期.8优先级向量中断控制器和片内外围数据控制器则显著提高了器件的实时性能.AT91M55800A主要硬件资源及其关键特性如下:芯片提供了丰富的片上资源.有片上A/D和D/A转换器,则系统无需外接A/D和D/A芯片,提高了系统的可靠性,减少了系统的复杂性. AT91M55800A有片内看门狗电路,可以监测程序的意外失控.AT91M55800A芯片提供SP I总线,便于与扩展外设进行连接.(1)集成了ARM7T DM I AR M Thumb处理核———低功耗高性能的32位R I SC(reduced instruc2 ti on set computer)处理器.指令功能强,采用能提供0.9M I PS/MHz的三级流水线和冯・诺依曼结构;具有能产生64位结果的增强型乘法器;寻址能力强,有AR M指令集和Thumb指令集;嵌入式I CE,先进的软件开发和调试环境.(2)8K B片内SRAM———32位数据总线宽度,单时钟周期访问.(3)完全可编程的外部总线接口(EB I)———最大可寻址空间为64MB,多达8个片选线,软件可编程的8位或16位外部数据总线.・8・战术导弹技术　TacticalM issile Technol ogy　January,2006,(1)图2　飞行控制器硬件结构框图 (4)8优先级、可单独屏蔽的向量中断控制器(A I C )———7个外部中断,包括一个高优先级、低延迟的中断请求.(5)58个可编程I/O 口线.由P I O A 和P I O B 控制.(6)6通道16位定时器/计数器,实时时钟(RT C ),系统定时器,看门狗定时器.(7)主从式SP I 接口———8～16位可编程数据长度,4个外部从芯片选择.(8)采用片内主振荡器和P LL 倍频的时钟产生器及片内32K 振荡器的实时时钟———3MHz ～33MHz 频率范围.(9)具有3个US ART ———每个US ART 有两个外围数据控制器(P DC )通道.(10)8通道10位ADC 和2通道10位DAC .(11)先进电源管理控制器(AP MC )———正常、等待、慢速、待机和掉电方式.(12)针对所有数字引脚的JEEE 1149.1JT AG 边界扫描.AT91M55800A 的上述功能和特点,使得复杂的控制算法可以在规定的时间内完成,且满足了精度的要求.3.2　存储器的扩展由于AT91M55800A 内部存储器较小,所以程序和数据大多只能放在片外.因此要进行存储器扩展.AT91M55800A 的内核采用了冯・诺依曼结构.存储器接口被设计成在使用存储器最少情况下实现其潜能.速度关键的控制信号是流水作业的,处理速度极快.所选RAM 的速度必须小于ARM 的读写周期.在系统工作时,程序要放在Flash 中,在系统上电时由启动代码程序搬移到片外RAM 中运行,因此选择ROM 时也要考虑存储容量和速度.根据以上特点选择了一片12ns 的I S61LV51216RAM 组成存储系统的RAM ,一片AT49BV1604A 290TI (flash me mory )作为程序存储空间.此外通过SP I 总线扩展一个X5045(NOVRAM ),NOVRAM 可在断电后保存装定的航迹与任务数据.3.3　模拟信号的接收垂直陀螺、角速率陀螺、电源电压等输出的模拟信号首先经过信号调理模块输入,A /D 转换采用片上自带A /D 转换器,是一种具有2个完全相同的4通道10位逐次逼近A /D 转换器.每个ADC 具有四个模拟输入引脚以及数字触发引脚,并提供一个A I C 的中断信号,内部具有采样和保持电路,能够将被采样的模拟值保持到转换的完成.3.4　串口通信AT91M55800A 集成了3个完全相同的全双工通用同步/异步收发器(US ART ),US ART 的主要特点为:(1)可编程的波特率发生器.(2)奇偶、帧和过速检测.(3)线上B reak 信号的产生和检测.(4)自动回送,本地环路和远程环路模式.(5)中断产生.(6)两个P DC 通道.(7)5,6,7,8和9位字符长度.其主要特点是提高了系统效率,减少了软件消耗,有较好的实时性和可靠性.具体接口如下:(1)串行口0:遥控通道,与遥控接收机相接,接收上行信道送来的遥控信息,下传飞机状态参数信息,RS 2232标准,波特率9600.(2)串行口1:通过4052扩展,与高度传感器和航向传感器相接.采用RS 2485标准,波特率9600.・18・战术导弹技术　TacticalM issile Technol ogy January,2006,(1)(3)串行口2与GPS接收机相接,接收GPS数据,采用RS2232标准,波特率9600.3.5　频率信号的输出控制伺服机构常用的是四个舵机,飞行中要求这四个舵机可以同时动作,相互之间不能有延迟. AT91M55800A集成了一个定时/计数器模块.此模块包含四个完全相同的16位定时/计数器通道.每个通道都可以独立编程来完成多种功能,如频率测量、事件计数、时间间隔测量、延迟和P WM.根据舵机的工作方式和控制精度的要求,在波形模式下设置工作方式,满足舵机工作要求.这样既减少了硬件的扩展,又降低了软件的消耗,提高了精度,也大大提高了系统效率.3.6　数字I/O口输出通过AT91M55800A GI/O由片上P I O A和P I O B 控制器输出开关量,通过光耦隔离、驱动放大进行控制任务设备、回收装置等设备.3.7　复位电路AT91M55800A在复位时,主时钟来自慢速时钟(32768Hz),并且主时钟上的信号必须在NRST 信号上升沿之前至少10个时钟周期内保持有效,及复位信号至少保持0.3m s,所扩展的存储系统复位时间均小于0.3m s,因此本系统采用了能提供20m s低脉冲的MAX6315芯片.同时AT91M55800A 具有可编程的看门狗定时器.由于系统电源瞬间欠缺或意外掉电致使程序跑飞或重要数据丢失导致系统无法工作时,采用看门狗定时器可产生内部复位信号,使系统复位.4　系统设计中的关键技术4.1　硬件资源的合理利用和端口配置的原则AT91M55800A有着丰富的硬件资源,能否充分利用和恰当配置这些资源是设计成败的关键.如果给CP U的负担过重,系统有可能难以完成实时控制的任务,如果配置不合理,资源则不能得到充分利用,而且会影响系统的实时性,增添软件的复杂性.CP U主要处理4路模拟量输入、10路开关量输入、1路频率量输入、3路定时信号输入、4路P WM波输出、8路开关量输出和4路串行数据接口.根据微控制器的结构特点分别配置,如将模拟量输入配置在A/D部分,开关量输入和输出配置在GP I/O,3路定时信号输入、1路频率量输入和P WM波配置在定时/计数器多通道部分,4路串行数据接口通过适当扩展配置在3个US ART上.在设计中对端口的分配遵循了以下原则,并做了一定的时间测算;(1)首先确定MCU内核的实现方案,为输入输出信号量连接方案的确定开创条件;(2)优先考虑各端口的基本功能,再次考虑端口的第二、第三功能;(3)考虑信号匹配与端口的驱动能力;(4)考虑时间因素,对ADC、UARST、GP I/O、P WM、SP I等处理子程序进行时间估计与测算,确定CP U的任务量,保证CP U有一定的时间裕度;(5)利用空余的端口做冗余设计,使某些功能的实现有一定的自由度.4.2　系统的抗干扰措施在无人机系统性能诸指标中,可靠性是首要考虑的因素.无人机飞行控制器必须稳定可靠地运行,否则将导致控制出现偏差,严重时将可能造成巨大的经济损失或者生命危险.因此,在控制器硬件的设计中,要始终贯彻高可靠性、高稳定性这一原则,并为软件抗干扰措施的实施打好基础.影响控制器可靠安全运行的主要因素有以下几个方面:电磁场干扰、供电方式、元器件性能、PCB的布局与走线、机械结构设计等.针对这些因素,在本系统的硬件设计中采用了如下一些措施:主控板采用四层的高频电路板;采用滤波技术、去耦电容、屏蔽技术、隔离技术和接地技术减小电磁场的干扰;数字部分和模拟部分独立供电;尽量选用高集成度、高稳定性、高可靠性的面贴元件;PCB板上元器件按功能分区、就近布局,45°走线、满接地;选择高可靠性接插件,紧固安装,屏蔽壳体.4.3　整机供电与功耗考虑无人机的动力源是能量有限的机载蓄电池,所以能耗问题是控制其性能的一项指标.机载蓄电池提供的是±12V的直流电源,对于飞控器来说,需要解决两个问题;(1)如何进行AC/DC转换,既能满足系统对电源数量及优值的要求,又使转换效率足够高;・28・战术导弹技术　TacticalM issile Technol ogy　January,2006,(1)(2)选用什么样的元器件,既能满足信号匹配的要求,又能使器件功耗低.系统中选用的是高转换效率的小型PKC2121模块,可以产生稳定的±12V电压,为±9V的电源基准提供输入,5V和9V根据具体需要给模拟电路供电,5V作为3.3V电源基准REF192GS的输入电压,3.3V给飞控计算机供电和存储系统供电.在信号匹配的前提下,尽量选用低功耗的C MOS器件,降低系统总能耗.5　结束语经过初步调试,该硬件平台各项功能均达到设计目的.为了方便和硬件的联调,软件设计时考虑混合语言编程,芯片启动部分选用汇编语言;对算法复杂、计算量大的,采用C语言.软件和硬件分别调试通过后,可进行软件和硬件的联调,最后形成基于AR M的新型飞行控制计算机.该硬件系统体积小,成本低.设计中采用了模块化的结构形式,将主控模块和信号调理模块及信号输出模块分开,那么将主控模块与不同的信号调理模块和输出信号相结合可以实现设计系统的通用性,作为某型号的一系列无人机的飞控器.随着技术的不断发展,AR M将以它特有的优越性在军事和高科技中得到广泛的应用.[参　考　文　献][1]　David Seal.AR M Achitecture Reference Manual(TheSecond Editi on)[M].Pears on Educati on L i m ited. [2]　AR M7T DM I(Rev4)Technical Reference Manual[M]AR M DD I.[3]　张明廉.飞行控制系统[M].北京:航空工业出版社,1993.[4]　何衍庆,等.控制系统分析、设计和应用[M].北京:化学工业出版社,2003.[5]　马忠梅,等.AR M嵌入式处理器结构与应用基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.(上接第75页) 根据几何知识,在平面上到不共线三点距离分别为定值的点是唯一的.由于特征点数目较多,而且散布在图像中,因此,可以认为一个点lk(x,y)是特征点rk(x,y)的正确对应点的充要条件是, l k(x,y)点到其它特征点的正确对应点l j(x,y)的距离和特征点rk(x,y)到其他特征点r j(x,y)的距离相等,本文中我们称该条件为距离约束.利用距离约束可以消除绝大部分明显匹配错误的点,并且具有计算简便、独立的优点.4　结论本文利用多组高度已知的图片,建立如图3所示的测距模型,模型中的内部参数已较精确标定,外部参数通过弹上测量元件实时测得.相应的图像处理流程为中值滤波、金字塔图像生成、特征点提取、立体匹配、视差图后处理.通过一组试验数据,其误差最大为3.01%.可以看出,在满足光学成像的条件下,通过图像处理的方式来测量导弹离地的相对高度是可行的.[参　考　文　献][1]　张祖勋,张剑清.数字摄影测量学[M].武汉:武汉大学出版社,1997.[2]　马颂德,张正友.计算机视觉[M].北京:科学出版社,1998.[3]　何东健,耿楠.中值滤波快速算法的探讨与试验[J].微型电脑应用,1998,(3).[4]　胡明昊,任明武.一种快速实用的特征点匹配算法[J].计算机工程,2004,(5).[5]　S.M itra,S.L.L i m.Dep th Esti m ati on fr om D is parity ofStereo I m ages[J].SP I E,Vol1349,1990:216～226. [6]　Dong Xiangzhou,Yun Huiliu.An Efficient and RobustCorner Detecti on A lgorith m[C].Pr oceedings of5th World Congress on I ntelligent Contr ol and Aut omati on,Hangzhou,P.R.China,2004.[7]　Charles V.Stewart.Stereo M atching Err or Detecti on andSurface Reconstructi on[J].SP I E,Vol1394,1990.:285～296.[8]　孟坛魁,华成英.一种改进的灰度图像角点检测算法[J].计算机应用研究,2005,(4).・38・战术导弹技术　TacticalM issile Technol ogy　January,2006,(1)。

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毕业论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计

毕业论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计

2016 南阳理工学院本科生毕业设计论文学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生指导教师完成日期南阳理工学院本科生毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors总计毕业设计论文25 页表格0 个插图20 幅3 南阳理工学院本科毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous controlsystem for the quadrotor unmanned aerial vehicle based on ARM processors学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生姓名学号指导教师职称评阅教师完成日期南阳理工学院Nanyang Institute of Technology4基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计[摘要]针对改变传统以单片机为处理器的四旋翼自主控制飞行器控制方式的问题设计了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案。

这是一种基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小无人机飞行控制系统的整体方案。

详细介绍了控制系统的总体构成以及硬软件设计方案包括传感器模块、视屏采集模块、系统核心控制功能模块、无线通信模块、地面控制和数据处理模块。

实验结果表明该设计结合嵌入式实时操作系统保证了系统的高可靠性和高实时性能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。

[关键词]ARM四旋翼自主飞行器控制系统。

Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors Abstract In order to change the conventional control of four—rotor unmanned aerial vehicles using microcontroller as the processor a solution of flightcontrol system based on embedded ARM was presented which is low-cost,small volume, low power consumption and high performance. The purpose ofthe work is for attending the National Aerial Robotics Competition. The mainfunction of the system the hardware structure and the software design werediscussed in detail including the sensor module the motor module the wirelesscommunication module With embedded real time operating system to ensurethe system’s high reliability and real-time performance the experiments resultsshow that the requirements of flight mode are satisfied including taking ofhovering and landing and so onKey words ARM four-rotor unmanned aerial vehicles control system5 of the control signals 1 四旋翼飞行器的简介 1.1题目综述微型飞行器MicroAir Vehicle/MAV的概念最早是在上世纪九十年代由美国国防部远景研究局DARPA提出的。

基于ARM的无人机飞行仿真系统的设计

基于ARM的无人机飞行仿真系统的设计


摘
要 ：无人机飞行仿真系统可以针对无人机的飞行状态进行有效的仿真分析 ，对于无人机的
操控和学习具有重要的意义。以 Ｓ Ｍ ２ １３嵌入 式芯片为核心处理器，并采用模块化的设计思 Ｔ ３ Ｆ０ 路 ，开发 出一种基 于 Ａ Ｍ 的无人机 飞行仿 真 系统。详 细介 绍 了无 人机 飞行 仿真 系统 总体 设计 方 Ｒ 案 以及 系统 的硬 件设 计和软 件设计 原则和 流程 ，同时 ，较 为 详尽 地 阐述 了各模 块 的功 能和 作 用 ，
ｓｍｕ ａｉｎ ｓ ｓ ｍ． ＡＩ ，ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｎ ｅａ ｌｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｆ ｔ ｅ ｈ ｒ ｗａｅ ａ ｄ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｅ ｉ ｌｔ ｙ ｔ ｏ ｅ ｓ ｏ ｈ ｒ ｉｌ ｓ ａ ｄ ｄ ｔｉ ｒ ｃ ｓ ｅ ｉｎ ｏ ａｄ ｒ ｎ ｏ ｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｈ ｗ ｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｍｅ ｎ ｈ ｌ ，ｔ ｅ ｓ ｓ ｍ ｄ ｐ ｓ ｍｏ ｕ ａ ｅ ｉ ｔ ｏ ｓ ｒｐ ｓｄ ａ ｗ ｉ ｈ ｙｔ ａ ａ ｔ ｅ ｅ ｄ ｌｒ ｄ ｓ ｍｅ ｄ ．Ｂｅ ａ ｓ ｆｔ ｅ ｗｅｌｆ ｎ ｔ ｎ ｆｔ ｅ ｎ ｇ ｈ ｃ ｕ ｅｏ ｌ ｕ ｃ ｏ ｓｏ ｈ ｉ ｈ
２ １ 年第２ ０２ 期
文章编号 ：０ ９ ２ ５ （０ ２ ０ ０ ６ ０ １０ — ５２ ２ １ ）２— １３— ３ 中图分类号 ：Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９ 文献标识码 ： Ａ
基 于 Ａ Ｍ 的无 人机 飞行 仿真 系统 的设 计 Ｒ
刘 凯 ，路 平 ，甄云卉２ ，朱安石
（．军械 －程学院光学与 电子 －程系 ，石家庄 ０００ ； ．河北省军 区通信站 ， １ ｖ ｖ ５０３ ２ 石家庄 ０００ ） ５０３
较 好地 完成 了系统 的设 计方 案 。
基于ARM微控制器无人机导航控制系统软件设计

基于ARM微控制器无人机导航控制系统软件设计

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关．【 ｌ无人机 ；导航 ；＾ － 词 ＲＭ；ｕ Ｏ －Ｉ Ｃ／ Ｓ Ｉ
中圈 分类号： Ｐ９． Ｔ ３１ 文献标识码： 文章壕号：１ ７ ９９ ２１ ） ３０９－２ ８ Ａ ０ －５９（０１ １－ １３０ ０
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摘 要：导航控制 系统是无人机实现 自主飞行的控制核 心，在采用 Ａ ． 微控制器，角速率陀螺 ，加速度计、Ｇ Ｓ ＲＭ Ｐ、 气 高 压 度传感器、差压传感器等硬件基础上 ，结合导 航控制律算法，在 ｕ ／ Ｓ Ｉ嵌入式实时 Ｃ Ｏ －Ｉ 操作 系 统下设计 实 现无人机 导航控制 ，实验表明其符合飞控 系统的高精度、小型化、数字化发展趋势，具有研究价值和广泛的应用前景。
基于ARM单片机四旋翼飞行器控制器设计

基于ARM单片机四旋翼飞行器控制器设计

本科毕业论文（设计）基于ARM 单片机的四旋翼飞行器 控制器设计系 （部）专 业学 号学生姓名指导教师提交日期中工 信商概要近几年，微小型的四旋翼无人机已逐渐成为无人机领域的研究热点。

由于其灵活性，机体结构简单，维修方便等优点，并且可以在空中悬停，垂直起飞和着陆。

所以它在军事和民用领域巨大的应用潜力，在架构设计和飞行控制国内外许多研究机构的研究也致力于四个旋翼无人机飞行控制系统，以实现四个旋翼无人机自主飞行]10[。

四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分是其机载的传感器系统，由于它为机载控制系统提供了可靠的飞行状态信息，因此是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备之一。

本论文设计了一种基于ARM处理器作为主控制器的四旋翼飞行器，由MTi.G惯性导航一体机，高精度声纳传感器和无线遥控器为主的机载传感器系统。

该系统已经完成了航班状态信息的采集和处理，与空气中的控制器，实现了四旋翼飞行器空中自主悬停控制。

使用现有的机载控制器硬件平台的ARM嵌入式控制器的功能是构建一个功能完善，和机载传感器系统（微型姿态航向参考系统和声纳传感器）的采集和处理测量的数据，对采集到的数据以及遥控数据进行一定的PID算法的计算]2[，进而控制四个无刷直流电机的转动，实现可四旋翼飞行器的稳定飞行。

关键字：四旋翼无人机声纳传感器无刷直流电机Four rotor aircraft design based on ARM single chipmicrocomputerABSTRACTIn recent years，quadrotor helicopter has become a hotspot of the research about unmanned aerial vehicle(UA V)．It has high maneuverability，easy maintance，simple configuration, and the ability of agile hovering，vertical taking off and landing(VTOL)．Because of their huge potential application values for civil and military utilization，researches on the architecture of flight control system(FCS)are conducted by many universities and companies to achieve autonomous flight control of quadrotors．Onboard sensor system is a very important component of flight control system because it will supply reliable flight informations of quadrotor for the flight controller.In this paper，a self assembled quadrotor helicopter is used as the airframe for the flight control system design．An attitude measuring method based on ARM processor is proposed, which gives out attitude informations of medium and low accuracy. The data acquisition and processing about the flight information of quadrotor is accomplished．The qutonomous hovering control of quadrotor cooperating with flight control system onboard is achieved．A complete platform of flight control system onboard is estibalished by there—development of ARM embedded controller to make it possible for the scource code to be run on the ARM embedded controller．Onboard data accquiration and processing are implemented．Then PID algorithm for computing some of the collected data, and then control four brushless DC motor rotation, achieve stable flight four rotary wing aircraft.Keywords:Quadrotor ARM AHRS Sonar Four brushless DC motor rotation目录1 绪论 (1)1.1 研究的前景与意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (1)2 设计任务 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 使用说明 (3)3 四轴飞行器样机结构与硬件选择 (4)3.1 样机结构与系统结构 (4)3.2 硬件设计与选型 (6)3.2.1 核心板 (6)3.2.2 陀螺仪 (6)3.2.2 超声波模块 (7)3.2.3 电源模块 (8)3.2.4 电机模块 (9)3.2.5 无线通信与显示 (10)4 程序设计与调试 (12)4.1 飞行器姿态导航的数据的采集 (13)4.2 声呐传感器数据的采集 (14)4.3 电机的控制 (15)4.5 调试 (16)结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录 (20)1 绪论1.1 研究的前景与意义四旋翼无人飞行器拥有很多优点和广阔的应用前景。