多旋翼飞行器控制系统的设计

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1、南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生：武双指导教师：徐源完成日期2014年5月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）多旋翼飞行器控制系统的设计DesignofMulti-rotorControlSystem总计：30页表格：3个插图：26幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）多旋翼飞行器控制系统的设计DesignofMulti-rotorControlSystem学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生姓名：武双学号：105090440058指导教师（职称）：徐源（讲师）评阅教师：完成日期：南阳理工学院NanyangInsti

2、tuteofTechnology多旋翼飞行器控制系统的设计多旋翼飞行器控制系统的设计电子信息工程专业武双[摘　要]本系统采用STM32作为微控制处理器，主要完成多旋翼飞行器控制功能的设计。在本设计中，微控制处理器完成了三轴加速度计、三轴陀螺仪等传感器的数据采集，然后对其数据进行滤波和算法解算，得到多旋翼飞行器的三维空间姿态数据。该系统是一个典型的控制系统，以四轴飞行器作为控制对象，以解算出的三维空间姿态和传感器获取的数据作为数据输入，以飞行器的电机作为控制输出，最终实现了四轴飞行器的稳定悬停。[关键词]多旋翼飞行器；电机控制；姿态解算；微控制器DesignofMult

3、i-rotorControlSystemElectronicInformationEngineeringSpecialtyWUShuangAbstract:ThesystemwhichusesaSTM32microcontrollerprocessor,mainlycompletesthedesignthatcontrolsthemulti-rotor.Inthisdesign,micro-processorcompletedthedatacollectionoftriaxialaccelerometer,three-axisgyroscopeandothersens

4、ors,andthenfiltratedthedataandusedcorrelativecalculatingformulastoobtainthree-dimensionalmulti-rotoraircraftattitudedata.Thesystemisatypicalcontrolsystemwithfouraxesaircraftascontrolobjectaswellascalculatedthree-dimensionalposturedataandsensorsdataasdatainput,andwithaircraftmotorascontr

5、oloutput,finallytorealizethestabilityofthefourshaftaircrafthover.Keywords:Multi-rotor;motorcontrol;positioning;microcontrollerII多旋翼飞行器控制系统的设计目录1引言12系统总体设计22.1惯性导航系统设计22.2四轴飞行器的姿态控制设计23多旋翼飞行器的硬件设计43.1最小微控制系统的设计53.1.1微控制处理器的介绍53.1.2微控制处理器最小系统的设计53.2传感器模块的设计63.2.1传感器特性63.2.2传感器原理图设计73.3供电模

6、块硬件设计93.3.1供电电路设计分析93.3.2供电模块原理图设计93.4电池电压检测电路设计103.5串口通信及电机驱动电路的设计103.6调试电路的设计114多旋翼飞行器控制系统软件设计124.1软件开发平台124.2传感器驱动程序的设计134.2.1传感器的通信协议144.2.2传感器驱动程序的设计144.3姿态解算软件设计154.3.1传感器数据滤波154.3.2惯性导航系统原理164.3.3姿态解算公式推导174.4飞行器电机控制软件设计184.4.1多旋翼飞行器机械构成184.4.2飞行器电机控制设计194.5串口上位机通信的设计194.5.1串口上位机

7、简介19II多旋翼飞行器控制系统的设计4.5.2串口上位机通信协议的设计205系统调试结果及分析225.1机械结构调试结果及分析225.2硬件调试结果及分析235.3软件调试结果及分析24结束语26参考文献27附录28致谢30II多旋翼飞行器控制系统的设计1引言近年来，随着科学技术技术水平的不断发展，国内电子行业取得了翻天覆地的变化，尤其是微电子技术领域的发展使微控制处理器的处理速度有了巨大的提高，其中以AMR[1]作为内核的微控制处理器，在嵌入式领域取得了广泛的使用。还有另外一项技术：微机电系统，简称MEMS[2]，这使得一些空间姿态、运动追踪等方