文档介绍：四轴飞行器研究背景及原理概述1系统整体框图2硬件及软件设计3成果展示4研究背景及意义:近年来,由于微机电系统(MicroElectroMechanicalSystems,MEMS)技术快速发展,同时低成本、普及的传感器的产生。便出现以算法与传感器为核心的四轴飞行器成为热门的研究课题,其有着重量轻、体积小、结构简单、机动性高、维护方便等优点。四轴飞行器基于以上优点,可以应用于实时监控、地形探勘、灾区救援及收寻。原理概述:四轴飞行器的飞行模式如下图所示,当升力等于四轴飞行器自身重量时,飞行器就会保持悬停状态;在悬停状态下增加或减少相邻两边马达的旋转速度,则会使四轴飞行器倾斜,达到移动;分别增加与减少对角马达转速,则可使飞行器自旋。原理概述:控制算法为四轴飞行器之核心,其中主要包含了传感器的校正、姿态的计算、与平衡的控制。一开始先读取传感器数据,然后对读到的数据作校正,校正完后通过四元数算法计算飞行器姿态,并依此当前的姿态做PID平衡,以达到平衡飞行。32%系统整体框图2四轴飞行器的系统运作示意图如右图所示,微控制器从传感器读取信息,转换成飞行器姿态,飞行器上的微控制器依此当前姿态,转换成PWM信号控制电调,改变无刷电机转速,来达到自主平衡与方向控制。50%32%,这里简称电调。电调内已放置了驱动电路与无刷马达控制程序,只需输入PWM即可控制无刷马达。如图二所示。、马达、电池…等等的平台。机身的大小,会限制螺旋桨的长度,进而影响到负载的大小;机身的硬度,会使感测器受到马达所产生震动影响的大小。本次专题使用对角长度250mm的机身。如图一此次四轴飞行器的结构由两对正反桨、四颗无刷马达、四个电子调速器(电调)、一颗电池构成。图一50%,以推动飞行器。其中螺旋桨依对角分成两组,两组旋转方向为相反,以达到水平的旋转力矩平衡。在相同转速下,螺旋桨越长,攻角越大,所提供的升力就越大,但所受到的阻力亦会越大,所以转动大的桨需要扭力大的马达。本次专题使用6030的螺旋桨(长60mm,螺距30),如图三所示。,以推动飞行器。与有刷马达相比,无刷马达具有扭力大、低耗损的优点,但由于其结构,必须加上一些电路与较为复杂的方法控制。本次使用KV的无刷马达。。(最大放电25C,瞬间35C),如图五所示。图四图五50%32%(ST)的32位微控制器STM32F405RG作为主控制器,其CPU采用ARMCortex-M4;具有210DMIPS的处理能力,最高工作频率168MHz,196KbytesSRAM,1MbyteFlash,有浮点数运算单元(FPU)、DSP指令集;并设有USB、SDIO、USART、SPI、IC等外设。微控制器通过1个SPI与无线传输模块连接,1个2C与惯性测量单元连接,4个信道的PWM与4个电调连接。(IMU)如图为单片机的I2C接口与传感器的连接示意。使用I2C总线即可与多个装置通信。本次使用MPU6050(三轴加速度陀螺仪传感器)与HMC5883(电子罗盘)。50%32%,由锂电池作为电力的来源,,,,5v供电给其他设备,。、指令。,无线传输距离可达1000M。