基于stm32的四旋翼飞行器设计本科论文.doc

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1、第十一届中国研究生电子设计竞赛基于STM32的四旋翼飞行器系统设计第十一届中国研究生电子设计竞赛技术论文论文题目：基于stm32的四旋翼飞行器设计DesignofQuadrotorAircraftBasedonSTM32参赛单位：南京信息工程大学队伍名称：weare伐木累指导老师：参赛队员：完成时间：2016.6.1821第十一届中国研究生电子设计竞赛基于STM32的四旋翼飞行器系统设计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

2、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.PWM21第十一届中国研究生电子设计竞赛基于STM32的四旋翼飞行器系统设计AbstractQuadrocopterhasbroadapplicationprospectintheareaofmilitaryandcivilianbecauseofitsadvant

3、agesofsimplestructure.Smallsize,lowfailurerate,takingoffandlandingertically.etc.itissuitableforhavingtaskinnarrowspace.ThisdesignusesSTM32f103zet6asthemasterchip,andtriaxialaccelerometermpu6050inertialmeasurementunit,via2.4Gwirelessmoduleandremotecontrolpanelforcommunication.Finallyusingp

4、idcontrolalgorithmwithpwmdrivestheelectronicspeedcontrollertochangemototorealizethedesignofquadrocopter.Keyword:quadrocopter,stm32,mpu6050,2.4Gwirelessmodule;pid;pwm21第十一届中国研究生电子设计竞赛基于STM32的四旋翼飞行器系统设计目录第一章作品难点与创新11.1作品难点11.2创新点1第二章方案论证与设计22.1飞控部分硬件框图22.2遥控器部分硬件框图22.3各部分元器件介绍32.3.1stm32介绍3

5、2.3.2电子调速器42.3.3mpu6050六轴传感器52.3.4无线通信NRF24L016第三章原理分析与硬件电路图83.1飞行器空气动力学分析83.2飞控部分硬件电路图设计103.3遥控部分硬件电路图设计10第四章软件设计与流程114.1pid算法分析114.2串级pid系数的整定124.3串级pid系统框图134.3.1飞控部分程序设计144.3.2遥控部分程序设计14第五章系统测试与误差分析15第六章总结19参考文献2121第十一届中国研究生电子设计竞赛基于STM32的四旋翼飞行器系统设计第一章作品难点与创新1.1作品难点对于一种芯片，最麻烦的就是底层的驱动了，

6、很多驱动得自己编写，为了最大发挥处理器的性能，做了很多驱动优化，将不必要的延时降到最低，比如I2C总线驱动，官方的代码不符合自己的要求，通信效率低，我们花了几天的时间去优化这个驱动，使用了模拟的IIC接口，最后在保证稳定性的前提下，速度提高了一倍。这个设计遇到的最大问题就是怎样保持飞行器的平衡。开始的时候，我们以为很简单，不就是简单的闭环控制么，随着深入研究和实验，发现有些东西已经不能用我现有的知识来解答了，比如姿态的解算。我想姿态解算也是这个项目的难点，怎样时时刻刻都准确的跟踪到飞行器的姿态。很多人都知道使用加速度和陀螺仪检测物体的姿态，很多手机就有这些传感器，但是这两

7、传感器在飞行器上貌似水土不服，陀螺仪随时间推移漂移了，加速度计由于电机的高速运转震动基本上处于半瞎状态。所以我们使用了串级pid算法，并且优化了串级pid算法，使得在只用一个mpu6050的情况下，可以实现稳定的飞行，并且在飞行20层楼层的高度时可以飞出定高的效果。调试过程中，采用无线通信芯片nrf24l01和stm32单片机作为控制端，同时用匿名四轴上位机显示状态。1.2创新点设计的创新点有两个，一是在于遥控器的控制方面，传统的飞行器控制飞行在于通过遥杆控制，通过对遥杆的物理操作实现飞机的左右前后飞行，我们则采用感应式姿态控