基于arm系统的旋翼飞机的设计

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。基于ARM系统的旋翼飞机的设计　　摘要基于STM32F427的ARM构架微控制器来实现四旋翼飞行控制系统，构建了飞行器的基本结构，机械结构实现了模块化设计。飞行控制器通过采集加速度传感器、三轴姿态传感器、地磁传感器传感器信号，采用经典PID算法研究控制系统的参数，输出PWM波形来控制四个电机转速，实现四旋翼飞行器姿态的控制调节。试验测试表明，该系统能够在搭建的狭小空间主动避开障碍，具有稳定飞行的

2、能力。　　【关键词】机体构架姿态传感器信号滤波PID算法　　1引言　　20世纪90年代后期，随着微机电系统、传感器技术的成熟及惯性导航系统的开发，使得多旋翼飞行器的自动控制变为现实。目前，旋翼无人机具有定点悬停等固有特性，能在复杂条件下起飞及降落，并且不需要特殊起降场地，具有较高的自动化技术，方便搭载不同的设备以实现不同的用途，其在军事、民用领域得到越来越广泛的应用。　　本文设计了基于ARM系统的旋翼飞机，包括基本�Y构的选择，机械结构的模块化设计，系统硬件设计、避障方案及现场调试，试验测试表明，该系统能够在搭建的狭小空间主动避开障碍，实现稳定飞行。　　2结构设计　　基

3、本结构框架为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　多旋翼无人机根据旋翼数目不同及安装结构不同，其飞行性能及控制参数有差异，平铺四轴架构，特点是结构简单、便携，效率较高，飞行平稳，动力冗余较差。　　X8架构，特点是较为便携，动力冗余充足，飞行平稳性好

4、。三轴平铺架构，特点为效率最高，但机械结构复杂，且较难控制。　　在进行飞行结构系统选型之前，首先要确定飞机的起飞重量，由于本次设计为轻型多旋翼无人机实验平台，将起飞重量限定在以内，载重并没有超过8kg，考虑经济性和便携性，仅对X8结构及平铺四轴结构进行试验效率分析。实验采用4010电机桨间距13cm的结构，测试结果如图1所示，在起飞重量一定的情况下，共轴双桨的效率比两个电机平铺要小，效率只有82%左右；相同输入功率情况下，共轴双桨与只与单电机效率相当，因此，采用四轴平铺架构。　　机体结构设计　　机臂设计，如图2，根据设计要求，起飞重量为，总体结构为四轴平铺，每轴的平均受

5、力为1875g，每轴平均受力=起飞总重量/机臂总数，已知机臂总长300mm支撑点距动力端250mm即支点处受最大应力370MPa，采用3k15mm为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。碳纤维方管即可满足设计要求，并有相当冗余以适应高机动飞行。起落架设

6、计由曲柄连杆机构及舵机和控制电路部分构成，具有自锁功能，利用曲柄机构的死点特性在不装配舵机的情况下可以当做固定式起落架，不管降落的时候受到多大的冲击力，起落架都不会收起来，更大的保护了飞行器的安全。安装舵机后就是一个收放式起落架，可以自由的收放。起落架固定座采用一体化设计，大大增强了起落架强度，增强了降落时受力的分散，采用碳纤维材料，重量轻，摆动阻力小，不容易损坏舵机。　　3硬件电路设计　　系统的飞行控制系统采用模块化设计，通过采集陀螺仪、加速度计、GPS位置、地磁感器、气压、温度传感器等信息进行姿态检测和控制，控制器控制四个无刷电机作为动力引擎，并通过PWM脉宽调制技

7、术及PPM载波聚合技术控制飞机姿态，从而实现稳定飞行和自动驾驶飞行功能，完成多种任务。通常四旋翼无人控制系统内置FLASHROM存储芯片，以便能记录飞行器执行任务时的所有数据，方便对飞行任务进行检查，也方便对事故原因进行分析与调试。系统控制MUC选择32bitSTM32F427CortexM4核心，168MHz；l256KBRAM；l2MBFlash；32bitSTM32F103同步协处理器。　　电源模块　　采用Ld1117三端稳压器及MIC5207电源模块，分别对MCU进行供电，以保住主控供电的稳定性。同时加入了自恢复保险丝和反接二极管