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
旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100 LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。
飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。
目 录
目录
1. 方案论证与比较 ...........................................
1.1四旋翼算法方案 .......................................
1.2 STM32控制方案 .......................................
1.3 CMOS视频模块方案 ....................................
1.4四旋翼飞行器结构与原理理论 ...........................
2理论分析与计算 .............................................
2.1四旋翼飞控算法误析 ...................................
2.2 PID算法误差分析 .....................................
3.测试方案 ..................................................
C – 1 / 4 2015年全国大学生电子设计竞赛试题 参赛注意事项 （1）8月12日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。 （5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （6）8月15日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 多旋翼自主飞行器（C题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一架带航拍功能的多旋翼自主飞行器。飞行区域俯视图和立体图分别如图1和图2所示。
图1飞行区域俯视图（图中长度单位：cm）
500
100
A区 B区 75
75 75
75
75 指示线 75
75 5
100 指示线 指示线 20
20 示高线h1、h2
100 C D E
F
100 400 本文档分享给所需要的相关朋友学习交流使用C – 2 / 4 图2 飞行区域立体示意图（图中长度单位：cm） 二、要求 1. 基本要求 （1）多旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图1所示的A区，开启航拍，一键式启动，飞行器起飞；飞向B区，在B区中心降落并停机；航拍数据记录于飞行器自带的存储卡中，飞行结束后可通过PC回放。飞行高度不低于30cm；飞行时间不大于30s。 （2）飞行器摆放在图1所示的A区，一键式启动，飞行器起飞；沿矩形CDEF逆时针飞行一圈，在A区中心降落并停机；飞行高度不低于30cm；飞行时间不大于45s。 （3）制作一个简易电子示高装置，产生示高线h1、h2 (如激光等)，h1、h2位于同一垂直平面，飞行器触碰h1、h2线时该装置可产生声光报警。示高线h1、h2的高度在测试现场可以调整。调整范围为30cm~120cm。 2. 发挥部分 （1）飞行器摆放在A区，飞行器下面摆放一小铁板M1，一键式启动，飞行器拾取小铁板M1并起飞。飞行器携带小铁板M1从示高线h1、h2间飞向B区，并在空中将小铁板M1投放到B区中心；飞行器从示高线h1、h2间飞回A区，在A区中心降落并停机。飞行时间不大于30s。小铁板M1形状不限，重量20g、100g、200g三挡自选，重量重得分高。h1、h2高度差小得分高。
1.2.2赛前题目分析
1. 分析方法
分析方法可以采用基本要素组合法，一是分析所需要的仪器仪表，二是分析所需要的元器件，将两者结合进行综合分析。
以2003年公布的全国大学生电子设计竞赛基本仪器和主要元器件清单为例：
从信号发生器和示波器的频率范围可见，信号频率范围不会超过35MHz，最高也不会超过60MHz。信号波形有正弦波和方波等。
使用双踪示波器，表示作品制作时需要同时观测两路信号。使用数字示波器，表示作品制作时需要直接读取一些数据。
使用电感、电容测试仪（或Q表），表示作品制作时需要测量电感和电容参数。
使用频率特性测量仪（可选），表示作品制作时需要测量频率特性。
使用数字相位计（可选），表示作品制作时需要测量相位。
使用高频毫伏表，表示作品制作时需要测量高频信号电压。
需要使用单片机开发系统及EDA开发系统、单片机最小系统板（仅含单片机芯片、键盘与显示装置、存储器）和可编程逻辑器件下载板（仅含可编程芯片、下载电路、配置存储器），表示作品制作时需要使用单片机或者可编程逻辑器件才可以完成。
需要秒表，表示作品制作时需要对时间进行测量。
需要使用A/D、D/A变换器，表示作品制作时需要将模拟信号转换为数字信号，也需要将数字信号转换为模拟信号。
使用高频变容二极管、高频磁芯，表示作品制作时需要改变电感和电容参数。
使用光电传感器、超声传感器、金属探测传感器、红外传感器等，表示作品制作时需要对光信号、物体、金属等进行检测。
需要电动玩具车（外形尺寸：长≤35cm；宽≤15cm），表示作品制作时需要以电动玩具车为载体。
2. 题目组合
将以上的一些要素进行组合，可以得到可能出现的一些题目和作品应完成的功能。
例1：电动玩具车＋单片机最小系统板或者可编程逻辑器件＋光电传感器＋超声传感器＋金属探测传感器＋红外传感器＋秒表，结合2001年的竞赛题目“自动往返电动小汽车（第五届，2001年）”分析，可能出现的题目和功能是：
2015年全国大学生电子设计竞赛
双向 DC-DC 变换器（A 题）
[本科组]
参赛学校：
淮阴工学院
参赛编号： HA011
队员姓名：刘新 邵慧洁 甄将军
指导老师： 陈万 刘保连
2015年8月15日 摘 要
随着科技和生产的发展，双向DC-DC变换器在诸如电动车动力系统，直流不停电电源等场合的应用越来越多。双向 DC-DC 变换器应用于能量双向流动的场合可以大幅度减轻系统的体积重量和成本。根据电池组充放电要求以及变换器的输入输出参数，在硬件电路设计中，采用了基于同步整流buck变换器的双向DC-DC电路结构，设计了基于STC89C52单片机的控制器，该控制器采样了双向DC-DC变换器的输出电压和充电电流，并通过软件计算得出功率器件的开关信号和充电电流指令，以达到精确控制充电电流的目的。测试结果表明，本设计主要实现双向DC-DC变换器对电池组的充放电功能，达到了双向DC-DC变换器（本科组）基本部分和发挥部分的要求。
关键词：双向DC/DC 变换，buck-boost电路，充放电模式
1 1系统方案
1.1 DC／DC变换模块的论证和选择
方案一：非隔离级联型DC-DC型拓扑结构变换器：它的不足之处是它开关器件和二极管数目都比通常的双向DC-DC变换器增加了一倍，而且由于每一时间段里主电流都要流经两个半导体器件，通态损耗也高一些。
图1-1 非隔离级联型DC-DC电路原理图
方案二：非隔离双向buck-Boost型拓扑结构变换器：它是将buck变换器和boost变换器结合到同一电路上。这种双向buck-boost电路可以较好的实现能量的双向流动，结构简单，所用器件少而且便于控制，易于实现，且效率比双向全桥DC-DC电路大大提高。
图1-2 非隔离双向buck-boost型电路原理图
