【正文】 ............................... 18 串口調(diào)試電路設(shè)計(jì) .............................................................................. 19 PCB設(shè)計(jì) .......................................................................................................... 21 PCB設(shè)計(jì)技巧規(guī)則 ............................................................................... 21 PCB設(shè)計(jì)步驟 ....................................................................................... 22 PCB外形設(shè)計(jì) ....................................................................................... 23 實(shí)物介紹 ......................................................................................................... 25 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................. 27 Keil ......................................................................................... 27 Keil MDK概述 ..................................................................................... 27 Keil MDK功能特點(diǎn) ............................................................................. 27 軟件設(shè)計(jì)框圖 ................................................................................................. 28 軟件調(diào)試仿真 ................................................................................................. 29 飛控軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................. 30 MPU6050數(shù)據(jù)讀取 .............................................................................. 30 姿態(tài)計(jì)算 IMU ..................................................................................... 32 PID電機(jī)控制 ........................................................................................ 32 結(jié) 論 .............................................................................................................................. 36 致 謝 .............................................................................................................................. 38 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 39 附錄 1 遙控器主程序源代碼 ....................................................................................... 40 附錄 2 飛行器主程序源代碼 ....................................................................................... 45 附錄 3 遙控 器原理圖 ................................................................................................... 50 附錄 4 飛行器原理圖 ................................................................................................... 51 I 摘 要 四軸飛行器具備 VTOL(Vertical TakeOff and Landing，垂直起降 )飛行器的所有優(yōu)點(diǎn)，又具備無人機(jī)的造價(jià)低、可重復(fù)性強(qiáng)以及事故代價(jià)低等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。在民用方面可用于災(zāi)后搜救、城市交通巡邏與目標(biāo)跟蹤等諸多方面。s low cost strong, repeatable, and low accident costs, has broad application prospects. Can be used in military battlefield reconnaissance and surveillance, access is not easy to get information. Able to perform special tasks such as patrolling the no fly zone and close air support, could cope with modern electronic warfare, munications relay of modern warfare. In civil use can be used for postdisaster rescue, traffic patrol and tracking, and many other aspects of the city. Can be used in a safety inspection on the industrial, largescale chemical sites, highvoltage power lines, dams, bridges and artificial mountain after the earthquake are not easy to reach space. This design includes two remote controls and aircraft parts, central processing unit CPU using of 32ARM NXP CorexM3 kernel LPC1549,clock frequency is 72MHz。在實(shí)際應(yīng)用方面，以四軸飛行器為代表的小型無人機(jī)在執(zhí)行軍事任務(wù)時(shí)具有很大的優(yōu)勢。微型四軸無人飛行器可以自主完成上述任務(wù)，不僅節(jié)約成本，而且大大簡化了人力勞動，也在人類無法到達(dá)的危險(xiǎn)、危害環(huán)境可以完全代替人類工作。為了把這么重的東西放到一個(gè)多旋翼飛行器上，飛行器的載荷必須很大，可是人們發(fā)現(xiàn)，不管是用油機(jī)還是電機(jī)做多旋翼飛行器的動力系統(tǒng)，都很難得到足夠的載荷。但是MEMS 傳感器數(shù)據(jù)噪音很大，不能直接讀出來用，于是人們又花了一些年的時(shí)間研究 MEMS去噪聲的各種數(shù)學(xué)算法。之前一直被各種技術(shù)瓶頸限制住的多旋翼飛行器系統(tǒng)突然出現(xiàn)在人們視野中，大家驚奇地發(fā)現(xiàn)居然有這樣一種小巧、穩(wěn)定、可垂直起降、機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單的飛行器存在。四旋翼飛行器最早出現(xiàn)在公眾視野可能要追溯到 2020年的著名 印度電影《三傻大 鬧 寶萊塢》，到了 2020年，法國 Parrot公司發(fā)布了世界上首款流行的四旋翼飛行器 。 2020年 2月，賓夕法尼亞大學(xué)的 VijayKumar 教授在 TED上做出 了四旋翼飛行器發(fā)展歷史上里程碑式的演講。不過在 2020年， 讓 DJI開始考慮四旋翼飛行器產(chǎn)品。 “Phantom”在英語里有幻影、精靈的意思，它優(yōu)雅的白色流線型外形也確實(shí)配得上精靈這個(gè)稱呼。特別地，與傳統(tǒng)的飛機(jī)和直升機(jī)航拍不同，多旋翼系統(tǒng)小巧靈活，能讓拍攝者自由地控制角度和距離。我相信在未來的十年之內(nèi)，無人機(jī)行業(yè)會逐步壯大，我們今天產(chǎn)生的所有想法基本都會實(shí)現(xiàn)，更多的想法也會逐步被實(shí)現(xiàn)，利用無人機(jī)的應(yīng)用越來越多，無人機(jī)將會變成我們生活不可或缺的部分。當(dāng)然，飛行器的狀態(tài)也可以通過無線發(fā)送到遙控器端，遙控器通過顯 示器可以清晰的觀察當(dāng)前的狀況。遙控器通過采集蘑菇頭搖桿電位器 ADC 電壓值以及按鍵狀態(tài)發(fā)送給飛行器。飛行姿態(tài)控制是四軸飛行器設(shè)計(jì)核心部分之一。本次設(shè)計(jì)選用的是 32位的基于 ARM CortexM3 為內(nèi)核的 NXP LPC154作為中央處理器， 設(shè)置 72M的時(shí)鐘頻率，完全能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。本吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 次設(shè)計(jì)采用 NRF24L01 無線通信模塊，選著此模塊的原因是因其通信協(xié)議簡單、傳輸距離相對較遠(yuǎn)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用 SI2302 N溝道型 MOS管，其具有低開啟電壓大電流并且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，電路設(shè)計(jì)也很簡單。 飛行器程序設(shè)計(jì)部分主要包含無線 NRF24L01接收、讀取 MPU6050的數(shù)據(jù)并通過四元數(shù)濾波計(jì)算（ IMU）以及 PID 自動控制、電機(jī) PWM 產(chǎn)生以及控制、 LED狀態(tài)燈等 ，飛行器軟件涉及 SPI通信協(xié)議驅(qū)動、 I2C通信協(xié)議驅(qū)動等。 總體電路設(shè)計(jì) 遙控器總體電路設(shè)計(jì) 在 本次硬件 電路設(shè)計(jì)中， 原理圖 采用 把每個(gè)模塊分開來繪制，然后 在所需接口上使用連接口連接，這 使得 整個(gè)遙控器電路圖 能夠 直觀的顯示 其中 包括了哪 些模塊單元 ，并且每個(gè)模塊之間 的 連接 也 非常清楚 。 在 電源模塊中， 可 輸入 5V直流電源或 輸入 源 。 TXDRXDSW_CLKSW_DIOAGNDGNDNRF_LEDLED[0..4]SYS_RSTGAS_FlyYAW_FlyLEFT_FlyRIGHT_FlyPROWERNRF_CSNNRF_IRQNRF_MISONRF_MOSINRF_CENRF_SCKSDINSCLKLCD_DCLCD_CETUN[0..3]LEFT_RotateRIGHT_RotateBEEPLCD_RSTLCD_BLACKDesignator01. 最小系統(tǒng) .SchDocVIN_5VAGNDGNDDesignator02. 電源電路 .SchDoc12J1電池接口GNDAGNDGAS_FlyYAW_FlyRIGHT_FlyAGNDLEFT_FlyGNDPOWERDesignator 電路 .SchDocGNDGNDAGNDLED1RUN470R1VCC_5VLED[0..4] Designator 指示燈電路 .SchDocAGNDGNDRIGHT_RotateTUN[0..3]LEFT_RotateGNDDesignator05. 按鍵電路 .SchDocGNDSW_CLKSW_DIOSYS_RES10kR5GNDGNDGNDRXDTXDCH340_D+GNDCH340_DDesignator03. 串口下載電路 .SchDocGNDGND1VCC2CE3CSN4SCK5MOSI6MISO7IRQ8NRF24L01U2NRF24L0110kR210kR3D1Diode 1N41481kR4GND12AX1205F4, 有源BZ1LED[0..4]TUN[0..3]VCC1D2D+3GND5ID4U1USB_MICRO12345678P1LCD 接口S1