全国电赛四旋翼论文汇总--共四份

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1、2013年全国大学生电子设计竞赛四旋翼自主飞行器（B题）【本科组】2013年9月7日摘要：本系统由数据采集、数据信号处理和飞行姿态和航向控制部分组成。系统选用瑞萨R5F100LEA单片机作为主控芯片，对从MPU-6050芯片读取到的一系列数据进行PID算法处理并给飞行器的电调给出相应指令从而达到对飞行器的飞行姿态的控制。采用MPU-6050芯片采集四旋翼飞行器的三轴角速度和三轴角加速度数据。用红外传感器来检测出黑色指示线，以保证飞行器不脱离指定飞行区域及达到指定圆形区域。利用超声波传感器来检测飞行器与地面的距离，以保证飞行器能越过一米示高线。利用电磁铁来吸取和投放铁片。关键词：瑞萨R5F

2、100LEA单片机MPU-6050模块红外传感器循迹电磁铁拾取铁片超声波测距PID算法1目录1系统方案………………………………………………………………31.1控制系统的选择………………………………………………………………31.2飞行姿态控制的论证与选择………………………………………………31.3高度测量模块的论证与选择………………………………………………31.4电机调速模块的选择…………………………………………………………31.5循迹模块的方案选择…………………………………………………………31.6薄铁片拾取的方案的论证与选择…………………………………………31.7角速度与角加速度测量模

3、块选择…………………………………………42设计与论证……………………………………………………………42.1控制方法设计……………………………………………………………42.1.1降落及飞行轨迹控制设计…………………………………………42.1.2飞行高度控制设计…………………………………………………42.1.3飞行姿态控制设计…………………………………………………52.1.4铁片拾取与投放控制设计…………………………………………52.2参数计算…………………………………………………………………53电路与程序设计……………………………………………………63.1系统组成…………………………………

4、…………………………………………63.2原理框图与各部分电路图………………………………………………………63.2.1原理框图………………………………………………………………………63.3系统软件与流程图…………………………………………………………………64测试方案与测试结果…………………………………………………74.1测试方案……………………………………………………………………………74.2测试条件与仪器……………………………………………………………………74.3测试结果分析………………………………………………………………………75结论…………………………………………………………………8

5、附录…………………………………………………………………8附一：元器件明细表…………………………………………………………………8附二：仪器设备清单…………………………………………………………………8附三：源程序……………………………………………………………………………82一系统方案本系统主要由控制模块、薄铁片拾取、高度测量模块、电机调速模块、循迹模块、角速度和角加速度模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。1控制系统的选择依据本题目的要求，本系统选用组委会提供的瑞萨的R5F100LEA单片机作为主控芯片来控制飞行器的飞行姿态与方向。2飞行姿态控制的论证与选择方案一：单片机将从MPU-605

6、0中读取出来的飞行原始数据进行PID算法运算，得到当前的飞行器欧拉角，单片机得到这个欧拉角后根据欧拉角的角度及方向输出相应的指令给电调，从而达到控制飞行器平稳飞行的目的方案二：单片机将从MPU-6050中读取出来的飞行原始数据进行PID算法运算，得到当前飞行器的四元数，单片机再将数据融合，并对电调发出相应指令，从而达到控制飞行器的飞行姿态的目的。但四元数法需要进行大量的运算，且运算复杂。从算法的复杂程度及我们对算法的熟悉程度，我们选择方案一。3高度测量模块的论证与选择方案一：采用bmp085气压传感器测量大气压并转换为海拔高度，把当前的海拔测量值减去起飞时的海拔值即得飞机的离地高度。但芯

7、片价格较贵，误差较大，而且以前也没用过这个芯片。方案二：采用HC-SR04超声波传感器测量飞行器当前的飞行高度。考虑到对元件的熟悉程度、元件的价格和程序的编写，选择方案二。4电机调速模块的选择由于本四旋翼飞行器选用的是无刷电机，所以电调只能选用无刷电机的电调，自己做电调需要的时间长，而且可能不稳定，所以直接用的是成品电调。5循迹模块的选择普通的红外传感器检测的距离很近，无法在离地面一米以上的距离检测出地面的黑线，所以我们选择了漫反射