四旋翼飞行器的设计与制作.pdf

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1、第32卷第2期湖北理工学院学报Vol．32No．22016年4月JOURNALOFHUBEIPOLYTECHNICUNIVERSITYApr．2016doi:10．3969/j．issn．2095－4565．2016．02．002四旋翼飞行器的设计与制作*汤洋，章磊，张瑶(湖北理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石435003)摘要:四旋翼飞行器是一种不同于直升机的多旋翼飞行器，其机械结构简单，但具有不稳定、非线性和强耦合的特性。设计了一种基于STM32F103C8的四旋翼飞行器，并详细阐述了其硬件结构、控制系统和算法实现过程。所设计与制作的

2、四旋翼飞行器具有飞行稳定和易于控制等优点。关键词:四旋翼飞行器;MPU6050;HMC5883L;PID算法中图分类号:TP368．2文献标识码:A文章编号:2095－4565(2016)02－0005－04DesignandFabricationoftheQuad－rotorAircraft*TangYang，ZhangLei，ZhangYao(SchoolofElectricalandElectronicInformationEngineering，HubeiPolytechnicUniversity，HuangshiHubei435003

3、)Abstract:Thequad－rotoraircraftisamultiplerotoraircraftwhichisdifferentfromthehelicopter．Itsphysi-calconstructionissimple，butithassuchfeaturesasinstabilities，nonlinearandstrongcouplingproperties．Aquad－rotoraircraftbasedonSTM32F103C8T6isdesigned．Thehardwarestructure，controlsy

4、stemandalgo-rithmimplementationprocessareintroducedindetail．Thedesignedquad－rotoraircrafthastheadvantageofflightstabilityandiseasytocontrol．Keywords:Quad－rotoraircraft;MPU6050;HMC5883L;PIDalgorithm器的硬件组成和姿态算法理论，以及相应控制0引言系统的实现原理，并系统描述了算法的实现过程，设计制作的四旋翼飞行器具有飞行稳定和四旋翼飞行器因具有体积小、机械

5、结构简易于控制等优点。单、控制灵活和单位体积能够产生更大升力等优点，所以无论是在民用还是军事领域它都具1四旋翼飞行器的基本原理有非常广阔的应用前景，特别适合在地理环境［1］恶劣、空间狭小的地方执行任务。四旋翼飞行器主要由主控板、呈X型交四旋翼飞行器同直升机等多旋翼飞行器叉的4个电子调速器、无刷电机和桨叶组成，相比较，机械结构更简单，但具有不稳定、非线整个系统由航模电池供电。主控采集数据后性和强耦合的特性。本文阐述了四旋翼飞行经过数据融合和姿态解算来控制4个电机维收稿日期:2015－12－10基金项目:湖北省大学生创新创业训练计划项目(项目编号:

6、201510920033);湖北理工学院大学生创新项目(项目编号:14cx02);湖北理工学院校级科研项目(项目编号:14xjz01C)。作者简介:汤洋，本科生。*通讯作者:章磊，副教授，博士，研究方向:无线通信与网络。ChaoXing6湖北理工学院学报2016年持飞行器的平衡稳定。四轴飞行器结构简图2．3三轴磁场传感器与超声波传感器如图1所示，因为整个飞行器机体转矩需要维三轴磁场传感器HMC5883L是一种采用表持平衡，所以采用正反桨设计，其中1号和3面贴装技术的弱磁传感器芯片。它采用IIC接号旋桨逆时针旋转，2号和4号旋桨顺时针旋口，主要应

7、用于低成本指南针与磁场检测领域;转。在维持四轴平衡时，同时加大或减小4个同时，其配有放大器、偏差校准器、消磁驱动器和电机的输出功率，实现四轴的升降运动;同时能使电子罗盘精度控制在1～2°的12位ADC。增大或减小1，2(3，4)号桨叶转速实现横滚运本设计利用HMC5883L采集到的三轴磁动;同时增大或减小1，4(2，3)号桨叶转速实场数据对四旋翼飞行器的姿态进行校准，以解现俯仰运动;同时增大或减小1，3(2，4)号桨决四轴飞行器飞行过程中姿态不稳定的问题。［2］叶转速实现偏航运动。利用U－100超声波传感器实现四轴飞行器的定高飞行。US－100

8、是一款超声波传感器，测量范围为2cm到4m，且输入电压范围较宽:2．4～5．5V，适合与5V或3．3V单片机设备连接;同时，它还具有低功耗的优点，静态