四旋翼飞行器遥控发射接收系统设计方案

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1、四旋翼飞行器遥控发射接收系统设计方案（一）课题研究的目的和意义随着微电子、微导航、微机电技术的广泛运用，无人机技术很快就在全世界范围内掀起了研究热潮，并得到了快速且长足的发展。相对于其他无人机而言，四旋翼飞行器的结构较为简单，成本也相对较低，方便维修和护理。除此之外，四旋翼飞行器还具有体积小、重量轻、控制灵活方便、可垂直起降、悬停等特点，不论是在军事领域或是民用领域都得到了非常广泛的运用。（二）国内外发展及研究现状1.国内四旋翼飞行器的研究目前，我国的一些高校和科研机构在四旋翼飞行器的研究上也取

2、得了长足的发展。比如国防科技大学，哈尔滨工业大学和南京航空航天大学等。国防科技大学早就在2004年开始研究微小型飞行器的相关技术，是我国最早一批开展对四旋翼飞行器研究的高校之一，他们使用了自抗扰控制器（ADRC）算法以及反步法这两种方法来对四旋翼飞行器的控制系统进行设计。在接下来的几年里，南京航空航天大学、南京理工大学等等高校也进行了对四旋翼飞行器的理论分析和计算机仿真，并都制作了属于自己的四旋翼飞行器。同时，四旋翼飞行器在商业上的应用也越来越广泛，在2013年9月3日，顺丰就在广东东莞松山湖区

3、域进行了无人机送货内测。顺丰自主研发了该无人机的内置导航系统，该飞行器飞行高度约为100米，落点误差基本上能够控制在方圆两米以内，同时可以对路线和目的地来进行预先设定。如果测试可行，就可以大量减少人力成本。除此以外，越来越多的四旋翼飞行器以一种娱乐设备的形式出现在大众的视线里。通常这种四旋翼飞行器都携带着摄像头，用户可以通过手持设备来对飞行器进行控制，以此来给用户带来乐趣。2.国外四旋翼飞行器的研究国外四旋翼飞行器的发展非常迅速，因为他们在这一领域已经拥有了非常悠久的历史，同时还有着深厚底蕴的研

4、发团队。四旋翼飞行器在多旋翼无人飞行器中是较为常见的一种类型,其对硬件平台的要求较高,相应的难度也较大。国外有很多高校和科研机构都做出了一定的成果，有进行室外研究和室内研究的，其中进行室外研究的有美国斯坦福大学，日本千叶大学以及美国奥克兰大学和法国贡比涅技术大学等。进行室内的有美国麻省理工大学，美国宾夕法尼亚大学和瑞士联邦技术机构等。除了高校和科研单位，国外的一些商业公司也加入到对四旋翼飞行器的研究行列，如美国的Draganfly公司和德国的MicrodroneGbmH公司等。近年来，国外研发了

5、很多高性能的飞行器。在欧美发达国家四旋翼飞行器已经在军事和商业领域都取得了非常显著的成就。其中比较具有代表性的就是DraganflyerX4、ParrotAR.DroneQuadricopter。DraganflyerX4是美国DraganflyInnovationsInc29研发的遥控飞机。如图1.1所示。该飞行器具有良好的可靠性和稳定性，并且它还具有悬浮功能，对于拍摄有很大的帮助。当控制器失控时，它甚至可以实现自动着陆，从而保证飞行器和摄像设备的安全。图1.1二、总体方案设计（一）总体设计原

6、理本次设计硬件主要为遥控器部分，处理器采用32位基于Cortex-M3内核的STM32F103芯片，遥控器和飞行器之间的数据通信采用的是2.4G民用无线通信频段的NRF24L01模块。遥控器外型类似与游戏手柄。遥控器通过采集蘑菇头摇杆电位器ADC电压值以及按键状态发送给飞行器。（二）总体设计方案1.系统硬件电路设计方案本次设计采用IAP15W4K58S4微控制器作为MCU，并且均采用3.7V充电电池作为电源为系统供电，电池通过CAT2829芯片稳压到3.3V为MCU以及外设供电。遥控器端的主要硬

7、件部分包括最小系统、无线NRF24L01模块、程序下载、ADC采集、蜂鸣器、LED指示灯以及串口调试，飞行器端硬件主要部分有最小系统、程序下载，无线NRF24L01模块、电机驱动、惯性测量单元MPU6050以及LED驱动电路，其系统总体框图如下所示。NRF24L01无线模块NRF24L01无线模块串口调试程序下载串口调试程序下载电池电量监控电源状态显示LED按钮蜂鸣器电源电机驱动复位惯性测量单元遥控器MCU摇杆控制状态显示LED遥控器MCU-292.各部分功能作用（1）MCU控制中心MCU是飞行

8、器以及遥控器的控制中心，是它们的大脑，主要功能是采集数据和处理数据并做出指示。本次设计采用的是32位的基于ARMCortex-3为内核的STM32F103作为中央处理器。（2）通信模块通信模块在整个系统中起着信号交流的作用，遥控器通过MCU读取的按键信息以及油门方向值发送到飞行器端，飞行器端接收到之后做出相应的动作。本次设计主要采用NRF24L01无线通信模块，选择该模块的原因是因其通信协议简单、传输距离相对较远、价格低廉等优点。（3）LED状态指示在硬件电路设计中，LED首先必须要有电源指示灯