基于STM32四轴飞行器的设计.doc

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1、基于STM32四轴飞行器的设计　　摘要四轴飞行器是一种小型的飞行器平台，其控制系统的核心是STM32单片机，具有性价比高、功能强大等特点，基于STM32的飞行器具有十分广泛的用途。因此，本文就基于STM32四轴飞行器的设计进行了相关介绍，主要内容包括四轴飞行器的动力学分析、基于STM32四轴飞行器的总体设计方案与程序设计以及电子硬件电路与软件程序　　调试。　　关键词四轴飞行器；STM32单片机；电子硬件电路　　中图分类号V2文献标识码A文章编号2095-6363（2017）17-0061-02　　四轴飞行器由于其体积小、飞行高度与速度较低、飞行状态平稳、灵活等特

2、点，在空间狭小的作业区域具有较高的应用优势。在实际生活当中，四轴飞行器常被应用与火灾现场探明险情或高层搜救当中；在地震等灾害导致通讯中断的情况下，也可借由四轴飞行器作为空中通讯中转。四轴飞行器在设计过程中存有很多的技术难点，需要对其实际使用过程中受到的物理效应、气流与环境的干扰等进行重点考量，才能更好地实现其应用价值。　　1四轴飞行器的动力学分析　　四轴飞行器能够实现的飞行运动包括爬升、横滚调节、下降、俯仰调节、偏航调节，本文选用的四轴飞行器外形呈现为“X”型（如图1所示），电机就安装在“X”的四个角上。在设计过程中，为避免4个电机同向转动时发生自旋运动，安装时

3、要保证对角电机的转动方向相同，相邻的电机转动方向　　相反。　　关于电机的输出功率，若其提供的升力大于飞行器本身的自重，则飞行器能够垂直升起；若要飞行器降落，则要保持飞行器的输出功率持续降低。当相邻两个电机的输出功率大于或小于另外两个电机的输出功率时飞行器就能进行向指定方向运动。若减小对角两个电机的输出功率，同时增加另外两个电机的输出功率，则飞行器能够完成偏航　　运动。　　2基于STM32四轴飞行器的总体设计方案　　2.1飞行器设计方案　　基于STM32四轴飞行器的控制器即为STM32单片机，在接收到PC端由蓝牙发送的控制或调试指令后，可通过ⅡC接口设置MPU60

4、50传感器，并将传感器的输出设定为DMP的输出模式。MPU6050传感器的作用就是感受四轴飞行器在飞行过程中的飞行姿态信息，为STM32通过计算得出具体飞行姿态提供重要的解算数据，STM32的解算过程采用的是串级PID算法；通过计算得出的PWM信号被进一步输送至电调，而电调在接收到信号指令后就会控制4个电机的转动，实现对四?S飞行器的飞行姿态调整，保证四轴飞行器达到并维持平衡飞行的状态。　　2.2飞行器硬件电路的设计　　基于STM32四轴飞行器的硬件电路设计，需要包含以下电路内容：STM32最小系统电路与电源供电电路、MPU6050传感器电路、电机驱动电路以及蓝

5、牙接口电路。其中的STM32最小系统电路在设计时应确保复位电路、晶振电路、JTAG配置电路设计完全，该电路设计的主要作用就是确保STM32控制器能够正常运行，此种电路设计是最简化的电路　　形式[1]。　　电源供电电路的设计。本文所选用的基于STM32四轴飞行器的正常运行，只需3.3V的一路恒压电源，且运行时消耗的功率极小。STM32控制系统中的电源供电电路芯片为AMS1117，电路输出的3.3V电压只需供给MPU6050传感器、STM32控制器以及JTAG配置　　电路。　　传感器电路的设计。MPU6050传感器电路的主要作用就是获取四轴飞行器的飞行姿态信息数据，

6、并将其提供给STM32控制器。传感器通过信号传输的方式获取的数据信息，能够辅助STM32控制器完成对电机转速的控制，确保飞行稳定。　　电机驱动电路的设计。电机驱动电路即是电机接口电路，其结构主要包括电调与电机两部分，主要的功能是传输由STM32控制器发出的PMW信号至电调，电调再进一步控制飞行器的电机运转，确保飞行器的稳定　　运行。　　蓝牙接口电路的设计。在调试程序的过程中，需要对飞行器的反馈数据进行详细观察，一般来说，采用串口进行数据观察需要使用连接线，不适用于飞行器这种动态设备，蓝牙接口电路这种无线调试方式更加便捷。蓝牙模块在设计时，芯片采用HC-05型号，

7、用于上位机与STM32控制器中间的调试，其设计实质是串口通信　　方式。　　3基于STM32四轴飞行器的程序设计　　3.1遥控程序设计　　遥控程序的设计采用模块化的设计方式，STM32控制器的编程有两种方式，一种是寄存器操作，另一种是库操作。其中，寄存器操作的形式具有执行效率高、可读性差的特点；而库操作的应用适用性更强，在编程之前，需要优先将STM32控制器的库函数添加到工程当中，与此同时还应做好时钟、GPIO等基本配置。STM32控制器在执行程序的过程中，执行顺序为由上到下逐条执行，因此在进行模块设计时应注意其分布的条理性。遥控程序模块设计流程如下：RCC初始化

8、、GPIO初始化、TFT