四轴飞行器毕业设计(论文设计).doc

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1、毕业论文基于单片机的四轴飞行器夏纯吉林建筑大学2015年6月毕业论文基于单片机的四轴飞行器学生：夏纯指导教师：许亮专业：电子信息工程所在单位：电气与电子信息工程学院答辩日期：2015年6月目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1论文研究背景及意义11.2国外的发展情况21.3本文主要研究容4第2章总体方案设计52.1总体设计原理52.2总体设计方案52.2.1系统硬件电路设计方案52.2.2各部分功能作用62.2.3系统软件设计方案7第3章系统硬件电路设计83.1AltiumDesignerSummer09简介83.2总体电路设计83.2.1遥控器总体电路

2、设计83.2.2飞行器总体电路设计103.3各部分电路设计103.3.1电源电路设计103.3.2主控单元电路设计123.3.3无线通信模块电路设计133.3.4惯性测量单元电路设计163.3.5电机驱动电路设计183.3.6串口调试电路设计193.4PCB设计213.4.1PCB设计技巧规则213.4.2PCB设计步骤223.4.3PCB外形设计233.5实物介绍25第4章系统软件设计274.1KeilMDK5.12简介274.1.1KeilMDK概述274.1.1KeilMDK功能特点274.2软件设计框图284.3软件调试仿真294.4飞控软件设计304.4

3、.1MPU6050数据读取304.4.2姿态计算IMU324.4.3PID电机控制32结论36致38参考文献39附录1遥控器主程序源代码40附录2飞行器主程序源代码45附录3遥控器原理图50附录4飞行器原理图51摘要四轴飞行器具备VTOL(VerticalTake-OffandLanding，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。在民用方面可用于灾后搜救、

4、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行。本设计主要包括遥控器和飞行器两大部分，其中央处理器CPU均采用基于32位ARMCorex-M3核的NXPLPC1549，时钟频率为72MHz；飞行器与遥控器之间的无线通信采用2.4GHz通信频段的NRF24L01模块，NRF24L01模块与MCU之间通过SPI协议以1MHz的通信速率通信；飞行器端搭载有3轴加速度计与三轴陀螺仪融合一体的MPU6050惯性测量单元作为姿态欧拉角测量单元，MPU6050与飞行器MCU之间通过I2C协议以4

5、00Hz的频率进行通信；飞行器端MCU通过接收无线数据以及采集MPU6050数据通过四元数互补滤波计算出的欧拉角，再进行电机PID自动控制，最终以20KHz的PWM通过MOS管来驱动空心杯820直流有刷电机，得以实现遥控四轴飞行器的设计。关键词四轴飞行器；PID自动控制；MPU6050；PWMABSTRACTFour-axisaircraftequippedwithVTOL(VerticalTake-OffandLanding,verticaltakeoffandlanding)aircraftwithalltheadvantages,andUAV'slowcos

6、tstrong,repeatable,andlowaccidentcosts,hasbroadapplicationprospects.Canbeusedinmilitarybattlefieldreconnaissanceandsurveillance,accessisnoteasytogetinformation.Abletoperformspecialtaskssuchaspatrollingthenoflyzoneandcloseairsupport,couldcopewithmodernelectronicwarfare,communicationsre

7、layofmodernwarfare.Incivilusecanbeusedforpost-disasterrescue,trafficpatrolandtracking,andmanyotheraspectsofthecity.Canbeusedinasafetyinspectionontheindustrial,large-scalechemicalsites,high-voltagepowerlines,dams,bridgesandartificialmountainaftertheearthquakearenoteasytoreachspace.This

8、desig