瑞萨R5F100LEA单片机主控的四旋翼无人自主飞行器设计报告

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1、2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（C）参赛学校：南京大学参赛编号：NJ118参赛队员：田雪津、蔡亦倩、徐源指导老师：戚海峰、高琴南京大学二○一五年八月十五日1摘要：四旋翼无人自主飞行器是一种体积小，控制相对简单的飞行器。本课题设计的四旋翼自主飞行器仅以一块瑞萨R5F100LEA单片机为主控芯片，这也是本组的特色所在。主控芯片通过读取陀螺仪GY-953中采集的四旋翼欧拉角数据进行PID处理以保持飞机的姿态稳定；采集超声波测距模块HC-SR04的数据加以控制来维持四旋翼飞行的高度；利用光流传感器的数据进行处理以控制飞机循迹飞行；

2、采用PixyCMUcam5Sensor高清摄像头追踪铁片位置，电磁铁YHN-P10拾取投放铁片。飞行器上另附有H264编码摄像机，可进行航拍。本组飞行器性能优良，设计精美，符合本次课题的要求。关键词：四旋翼飞行器、瑞萨R5F100LEA单片机、陀螺仪GY-953、PID、HC-SR04、光流传感器、PixyCMUcam5Sensor、电磁铁YHN-P10、H264编码摄像机AbstractThefourrotorisasmallaircraftwhichiseasytocontrol.Thefourrotorwedesignadoptson

3、lyoneRENESASR5F100LEAasitscontrolchip,whichcanprocessdatareadingfromGY-953withPIDalgorithmtoadjustthefourrotor’sattitude.Itcanalsoreaddatafromtheultrasonicrangingmoduletourgetheaircrafttoflyatacertainheight.TheopticalflowsensorattachedtotheR5F100LEAisaimedattransferringdat

4、atothecontrolchiptomakethefourrotorflyonacertaintrack.WeusePixyCMUcam5SensorcameratofindsheetironandaelectromagnetYHN-P10toattractandputdownthemtoo.ThereisalsoaH264codevideocameraforAerialvideo.Ourfourrotorwhichiswellmadeandofhighqualitycanmeetthedemandoftaskofthissubject.

5、Keywords:fourrotor,RENESASR5F100LEA,GyrosGY-953,PID,ultrasonicrangingmodule,Opticalflowsensor,PixyCMUcam5Sensor，electromagnetYHN-P10,H264codevideocamera2目录一、系统方案介绍…………………………………………………………………31.1系统总体框架设计………………………………………………………………………31.2主控模块的论证与选择…………………………………………………………………31.3姿态模

6、块的论证与选择…………………………………………………………………31.4高度模块的论证与选择…………………………………………………………………31.5循迹模块的论证与选择…………………………………………………………………31.6电机调速模块的论证与选择……………………………………………………………41.7铁片追踪模块的论证与选择……………………………………………………………41.8铁片运输模块的论证与选择……………………………………………………………41.9摄像头模块的论证与选择………………………………………………………………41.10示高

7、模块的论证与选择………………………………………………………………4二、设计与论证……………………………………………………………………42.1四旋翼建模………………………………………………………………………………42.2角度、高度PID算法……………………………………………………………………52.3PID算法参数整定………………………………………………………………………5三、电路与程序设计………………………………………………………………53.1姿态模块设计……………………………………………………………………………53.2高度模块设计……………

8、………………………………………………………………53.3循迹模块设计……………………………………………………………………………63.4铁片追踪设计…………………………………………