多旋翼自主飞行器（C题）

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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题）2015年8月15日摘要四旋翼飞行器结构较简单，且能够控制其稳定飞行。通过对MPU6050陀螺仪姿态索取，并以R5F100LEA单片机作为主控芯片，利用其内部资源，进行运算完成四元数矩阵转换及姿态解算、融和、矫正。针对四旋翼飞行器的动力来源为直流电机，通过采用PWM控制方式对电机进行调速，通过调节电机转速，实现升力变化，控制飞行器的姿态及位置变化。采用ov7620摄像头循迹使飞行器从A区到B区。通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，采用PID算

2、法，编程实现，模拟相应的飞行姿态，使四旋翼飞行器能够实现自主飞行、自主悬停控制，并且能够完成题目要求内容。关键词：四旋翼飞行器；PWM；PIDAbstractFourrotatingpropeller-drivenaircraftstructureisrelativelysimple.ThroughtotheMPU6050gyroscopetoreadgestures.AndR5F100LEAsingle-chipmicrocomputerasmaincontrolchip,Operationswi

3、thitsinternalresources,completethequaternionmatrixtransformationandattitudealgorithm,harmony,andcorrect.Inviewofthefourrotoraircraftpowersourcefordcmotor,throughtheadoptionofPWMcontrolmethodformotorspeedadjustment,foradjustingthemotorspeed,implementcha

4、ngestolift,andcontrolaircraftattitudeandpositionchanges.Weuseov7620cameratrackingmakeaircraftfromareaAtoareaB.ThroughthestudyoffourrotorworkingmodeandthecontrolparametersofthePIDalgorithm,andprogrammingimplementation,simulationofthecorrespondingflighta

5、ttitude,makefourrotoraircraftcanrealizeautonomousflight,hoveringcontrolindependentlyandcompletethesubjectrequirements.keywords：Fourrotatingpropeller-drivenaircraft;PWM;PIDIII目录1.系统方案论证与选择11.1姿态检测模块11.2电源模块21.3光电传感器模块22．系统理论分析与计算32.1姿态控制方法32.2电机驱动模块53．系

6、统硬件电路设计与分析53.1电机驱动63.2姿态检测模块63.3MCU主控电路64．系统软件设计74.1中值窗口滤波算法84.2PID算法85.仿真测试与实飞95.1仿真测试95.2作品实物图105.3实飞测试116．结论12参考文献IIII多旋翼自主飞行器（C题）1.系统方案论证与选择随着传感器技术和控制理论的不断发展,尤其是微电子和微机械技术的逐步成熟使四轴飞行器的自主飞行控制变得易实现并成为国际上的热点研究对象。以此为背景，2015年第十二届全国大学生电子设计竞赛本科组C题要求设计一个四旋翼自

7、主飞行器，可以自动识别指示线、降落区，实现自主循线飞行、起降吸合贴片等动作。本论文针对该问题，采用新型磷酸铁锂电池组为动力，MPU6050整合性6轴运动处理组件作为飞行器姿态检测传感器，通过卡尔曼、窗口滤波对MPU6050测量数据进行整定，并以R5F100LEA单片机作为主控芯片，利用其内部资源，进行运算完成四元数矩阵转换及姿态解算、融和、矫正，飞行导航用摄像头作为检测模块，设计实现了四旋翼自主飞行器工作系统。下面对各个关键模块进行说明。1.1姿态检测模块方案一：利用串口读取模式MPU6050（JY

8、-61），模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度0.01度，稳定性极高。采用高精度的陀螺加速度计MPU6050，通过处理器读取MPU6050的测量数据然后通过串口输出，免去了用户自己去开发MPU6050复杂的I2C协议。模块内部自带电压稳定电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。采用先进的数字滤波技术，能有效降低测量噪声，提高测量精度。方案二：利用I2C读取模式6轴飞控传感器模块GY-521（