基于stm32的四旋翼飞行控制系统毕业设计

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1、西华大学毕业设计说明书目录1前言11.1背景与意义11.2国内外研究现状11.3论文主要工作22总体方案设计32.1方案比较32.2方案论证与选择33飞行器原理与结构53.1飞行器原理53.2飞行器结构64单元模块设计84.1各单元模块功能介绍及电路设计84.1.1电源84.1.2STM32F407最小系统94.1.3下载电路114.1.4飞控姿态模块114.1.5无刷电机连接电路124.1.6串口接口电路124.2特殊器件的介绍124.2.1无线数传模块124.2.2飞控姿态模块135软件设计165.1软件设计原理及设

2、计所用工具165.2主要软件设计流程框图及说明175.2.1串口中断流程图175.2.2外部中断流程图185.2.3主程序流程图186系统调试206.1通信系统206.2姿态传感器调试216.2.1传感器数据分析与处理216.2.2姿态解算236.2.3数据中断286.3PID调试306.3.1PID姿态控制306.3.2飞控系统PID调试337系统功能、指标参数367.1系统能实现的功能36西华大学毕业设计说明书7.2系统指标参数368结论388.1回顾388.2展望389总结与体会3910谢辞4011参考文献41附录

3、：421.硬件电路图422.PCB图433.部分程序444.外文翻译46西华大学毕业设计说明书1前言1.1背景与意义近年来得益于现代控制理论与电子控制技术的发展，四轴飞行器得到了广泛的关注，在民用与工业领域，具有广泛的应用前景。甚至无人机在战争中得到广泛的应用。当下无人机发展火热，其中以四旋翼飞行器的发展最为突出。四旋翼飞行器其具有以下特点：(1)体积小巧，可以工作在恶劣的，危害人类健康和生命的环境中，最大限度地减少人员伤亡，飞行器可以全天工作无需休息，工作效率高。(2)支持配备高端电子产品，多种外设相连接，如照相机、机

4、械臂等，可以实现一些娱乐功能。例如在高空电力线巡检中，无人机能在工作人员的操控下进行工作，可以代替人工对巡检对象实施接近检测，减少工人的劳动强度。也可以携带传感仪器、摄像机等，对巡检对象进行数据收集、分析与存储，这进一步提高巡检的工作效率和巡检精度。在军事上，在局部小规模对战的时候，一些普通的侦察机，可能受到敌方打击而造成不必要的机体人员伤亡，无人机则可以很好地起到替代作用。利用四旋翼飞行器作为侦察机，具有振动小、噪声小、可靠性高、成本低、反侦察能力强、自我销毁等优势。因此无人机的军事价值不可估量。四旋翼飞行器还有着更为

5、广阔的前景等待着开发。比如可以通过为飞行器的添加更加智能的算法实现人机互动，让飞行器帮人取物件等。尽管目前四旋翼飞行器已经在许多领域得到运用，但总体而言依旧处于初步发展阶段。1.2国内外研究现状国际上比较知名的飞行器公司有中国大疆创新和美国的3DRobotics。作为全球无人机领域的领头羊，这两家公司在无人机技术发展速度可以用迅猛来形容。比如大疆公司最新的精灵4无人机，实物图如图1.1所示。图1.1精灵4实物图第47页西华大学毕业设计说明书精灵4具有以下功能：1.可感知前方障碍物并自动绕行。2.通过视觉识别自动跟拍移动物

6、体。3.点击相机画面，即可向指点方向自主飞行。4.智能返航，感知障碍物后可自动提升飞行高度。5.最大飞行时间28分钟，最大可控距离约5公里。6.最高速度提升至20m/s(72km/h)。7.一体化云台设计，提升了飞行和影像的稳定性。8.利用全新的视觉定位技术，可实现室内外精准定位。又比如：3DRobotics公司最新出品的PIXHAWK飞控，拥有出色飞行稳定性，搭载双传感器系统和冗余电源输入并且可以扩展两组GPS系统，确保飞行失误降到最低。这两家公司占领了全球大部分无人机市场，并且由于技术的高门槛和垄断，其他无人机公司已

7、经被远远的甩在了后面。大部分的无人机公司的技术仅仅停留在稳定飞行、简单航拍和户外GPS定位阶段。1.3论文主要工作无人机作为当今电子产业里一个冉冉升起的新星，具有广阔的市场和发展前景。作为当代大学生，不仅要顺应时代的潮流，更要有作为时代弄潮儿的信心与勇气。四旋翼无人机涉及知识面很广泛，其中核心知识与本专业契合度相当高。比如，一颗功能强劲的微机芯片就可以打造一个功能完备的飞行控制系统。而这恰恰是微机原理和单片机的运用。主流无人机的控制系统离不开自动控制原理。并且目前无人机在电力行业的应用力度很大，综上，毕业设计选择了基于S

8、TM32ARM单片机的四旋翼飞控系统。受限于本人知识水平，本文解决以下问题：第一章节：四旋翼飞行器研究背景与意义，国内外发展现状。第二章节：就四旋翼飞行器方案讨论与选择，选择了基于STM32ARM单片机的四旋翼飞行控制系统。第三章节：简单叙述了飞行器飞行原理，以及机械结构。第四章节：飞行控制系统硬件设计，其中包括单片