基于某STM32地四旋翼无人飞行器.doc

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1、专业方向课程设计论文题目基于STM32的四旋翼无人飞行器基于STM32的四旋翼无人飞行器摘要:针对四旋翼飞行器，设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器。以新型ARMCortex-M3核微处理器STM32作为计算控制单元，对飞行控制器进行了模块化设计，包括主控、惯性测量、执行驱动等单元模块。给出了系统软件设计流程，研究了一种基于互补滤波器的飞行姿态解算方法，实验表明控制器方案合理有效。关键词:四旋翼飞行器；STM32；飞行器控制器；信息融合；飞行控制AflightcontrollerforquadcopterbasedonSTM32Abstract:Amicrofl

2、ightcontrollerforquad-rotorbasedonSTM32wasdesignedandimplemented.Thecontrollerworkedwiththenew-fashionedARMCortex-M3microprocessorSTM32asitscalculationandcontrolunit.Andthecontrollerwasmodularizedasmainunit,inertialmeasurementunitandactuatorunit.Inthepaper,thesystemsoftwareflowchart,metho

3、dforcalculatingtheflightattitudebasedondistributedfusionfilterwereproposedaswellasthecontrollawinallusiontothepropertyofquad-rotor.Theexperimentsshowthatthedesignoftheflightcontrolleriseffectiveandrational.Keywords:Quadcopter;STM32;flightcontroller;informationfusion;flightcontrol;目录1四旋翼飞行

4、器简介62飞行控制器硬件设计72.1主控模块72.2数据采集模块72.3遥控信号接收处理模块82.4执行机构驱动模块93飞行控制器软件设计103.1软件设计流程103.2控制方法104参考文献13微型四旋翼飞行器是一种具有4个对称分布的旋翼、由电驱动、能垂直起降的飞行器。具有结构简单、稳定性好、承载能力强的特点。针对四旋翼飞行器，设计了一种基于STM32的飞行控制器，其具有体积小、功耗低、硬件和软件资源丰富，开发效率高、成本低等优势。STM32系列处理器是ST公司新推出的一款基于高性能、低成本、低功耗要求的嵌入式处理器，应用专门设计的ARMCortex-M3低功耗高速核。

5、STM32丰富的片上资源可满足各类传感器通讯需求。基于STM32的飞行控制器与传统的飞行控制器相比可大大降低系统的开发成本、节约资源。飞行控制器中姿态角解算应用了互补滤波的思想，该方法在保证精度情况下克服了经典卡尔曼滤波器计算负担大的缺点，具有较大的理论和应用价值。1四旋翼飞行器简介四旋翼飞行器总体布局形式上属于非共轴式碟形飞行器，与常规旋翼式飞行器相比，其结构更为紧凑，能够产生更大的升力。通过控制4个旋翼的转速可使飞行器实现各种飞行动作。四旋翼飞行器的基本结构如图1所示。图1四旋翼飞行器结构示意图四旋翼飞行器的4只旋翼安装于十字形机体的4个顶点位置，分为顺时针旋转(1、

6、3)和逆时针旋转(2、4)2组。当4只旋翼转速相等时，相互间抵消反扭力矩;同时增加或减小4只旋翼的转速可实现上升或下降运动;当1号与3号旋翼转速增加(减小)，2号和4号转速不变，飞行器实现偏航。当1号和3号旋翼转速固定，2号旋翼转速增加(减小)，4号旋翼转速减小(增加)，飞行器实现向左(向右)飞行。当2号和4号旋翼转速固定，1号旋翼转速增加(减小)，3号旋翼转速减小(增加)，飞行器实现后退(前进)飞行。2飞行控制器硬件设计飞行器控制器要能够通过采集处理微型MEMS惯性器件和三维地磁传感器数据，计算飞行器的姿态角和航向角，并根据飞行指令和任务要求，结合相应的控制律给出适当的

7、控制信号，控制飞行器的执行机构，改变飞行器的姿态和位置等。根据模块化设计思想，设计了飞行控制器，其中包括主控制模块、数据采集模块、信号接收处理模块、执行机构驱动模块以及数据通讯接口。飞行控制器中选取STM32处理器作为主控芯片，硬件平台总体结构如图2所示。图2飞行控制器硬件结构2.1主控模块控制器的核心是主控制模块，它应具有多路模拟信号的高精度采集能力；输出PWM脉冲控制信号能力；具有PPM信号捕获解码能力;；此外，还应具有多个通信信道、充足的负载伺服机输出通道以及数据接口。考虑到不同环境下调试的便捷性，主控模块设计了2种程序