【正文】 SCLK 為時(shí)鐘信號(hào)線 6 腳 SI 為數(shù)據(jù)線 7 腳 RST 為復(fù)位端 8 腳 BL_SW 為背光燈 鍵盤模塊 設(shè)計(jì) 2 個(gè)按鍵，直接采用 I/O 口控制，采用軟件去消除抖動(dòng)的影響，如圖 35 所示。 (4) 衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是指 GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與 GPS衛(wèi)星時(shí)鐘的差別。 (2) 星歷誤差是 GPS 測(cè)量誤差的重要來源 ， 衛(wèi)星星歷誤差衛(wèi)星星歷誤差是指衛(wèi)星星歷給出的衛(wèi)星空間位置與衛(wèi)星實(shí)際位置間的偏差 。 GPS 定位誤差 在我們利用 GPS 進(jìn)行衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的時(shí)候，會(huì)受到很多干擾。采用正交方式調(diào)制，在載波 L1 上調(diào)制了兩種碼 (P 碼和 C/A碼 )，而在載波 L2 上只調(diào)制了一種偽碼 (P 碼 )。該模塊通訊方式是 RS232(波特率 4800)，具有并行12 通道，可同步跟蹤 12 顆衛(wèi)星，定位精度高，體積小，功耗低。雖然如此一來代碼效率會(huì)降低很多，但是對(duì)于的四軸飛行器項(xiàng)目的初次驗(yàn)證已經(jīng)是性能足夠了 [9] .Arduino 最小系統(tǒng)原理圖如圖 31 所示。Arduino Nano 是基于 Atmega328p AVR 單片機(jī)的開源硬件。另一個(gè)是 I2C通信總線， 只需要兩根線就能傳輸數(shù)據(jù)，極大減少了 LCD 對(duì)單片機(jī)端口的占用。所以每次進(jìn)入中斷后讀取引腳狀態(tài)，對(duì)前后兩次進(jìn)入中斷時(shí)的引腳狀態(tài)進(jìn)行異或運(yùn)算就能確定是哪個(gè)引腳觸發(fā)了 PCINT中斷，利用 Arduino IDE自帶的 micros（）函數(shù)記錄兩次進(jìn)入 PCINT中斷的時(shí)間。而本設(shè)計(jì)只需要其中 4路，即四個(gè)通道。 (7) GPS 模塊： 獲取 GPS 定位數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比較完成導(dǎo)航。 (3) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 :通過 PWM波形輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩從而控制螺旋槳升力。 創(chuàng)新點(diǎn) 1. 可直接輸入目標(biāo)地點(diǎn)的 GPS 進(jìn)行導(dǎo)航 或者輸入多個(gè)飛行目標(biāo)點(diǎn) 規(guī)劃 飛行路線。另外，本文設(shè)計(jì)中最 重要的一點(diǎn)是 PID 控制算法的研究， 其 主要功能 是集合無線遙控的輸入信息和測(cè)得的此時(shí)飛行器的空中姿態(tài)通過 PID 控制算法進(jìn)行控制決策， 產(chǎn)生控制輸出 ，進(jìn)而 控制飛行器的飛行高度和飛行姿態(tài) ，保證了飛行器飛行的穩(wěn)定性和可靠性 。亞馬遜所做的事情，就只是輸入收貨地的 GPS 坐標(biāo)，裝上貨品，接下來的工作就不用他操心了，無 人飛行器會(huì)在卸貨之后，自動(dòng)返回庫房。 圖 11 亞馬遜 Prime Air 系統(tǒng)研究內(nèi)容 隨 著電子商務(wù)的高速發(fā)展，帶動(dòng)著整個(gè)物流行業(yè)的逐步崛起，各大物流運(yùn)營商正嘗試尋找一種方便快捷的交通工具替代以往的傳統(tǒng)運(yùn)輸方式。D 實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的項(xiàng)目 Prime Air。高校的四旋翼 科研項(xiàng)目主要有 :瑞士桑聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL)的 OS4 和 OS4II，麻省理工學(xué)院 (MIT)計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能實(shí)驗(yàn)室 (ACL)的 Quadrocopter,賓西法尼亞大學(xué)的 HMX4 和佐治亞理工大學(xué)的 CTMARS,斯坦福大學(xué)的 Mesicopter。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來 ,低功耗微處理器的處理能力越來越強(qiáng) ,微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)技術(shù)的發(fā)展使得捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)越來越小 ,成本越來越低。在 1921年 ,Gee de Bothezat為美國陸軍航空勤務(wù)部 (United StatesArmy Air)研發(fā)了一架實(shí)驗(yàn)性四旋翼飛行器 ,但是該項(xiàng)目僅僅進(jìn)行了四年就由于機(jī)構(gòu)過于復(fù)雜、控制困難而取消了。 本文討論了一種簡單的基于 GPS 的四軸無人飛行器自主導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，以應(yīng)用當(dāng)今越發(fā)興起的物流行業(yè)的貨品運(yùn)輸領(lǐng)域。四旋翼飛行器與普通旋翼飛行器相比 ,具冇結(jié)構(gòu)簡單、故障率低和單位體積能夠產(chǎn)生更大的升力等優(yōu)點(diǎn) 。因此，世界各國都非常重視無人機(jī)的研制工作。例如，美國在阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間就大量使用了“全球鷹”無人機(jī)，在取得巨大戰(zhàn)果的同時(shí)也極大地減少了美軍的傷亡。無人機(jī)是一種體型較小、無人駕駛，能夠在空中實(shí)現(xiàn)自主飛行并執(zhí)行一定任務(wù)的飛行器。 1 緒論 研究背景 四旋翼飛行器與普通旋翼飛行器相比 ,具有結(jié)構(gòu)簡單、故障率低和單位體積能夠產(chǎn)生更大 的升力等優(yōu)點(diǎn) 。 Abstract QuadCcpter is an unmanned MAV(Micro Air Vehicle), with four propellers which are crossshaped, Divided into two pairs of longitudinal and horizontally (as a group in a diagonal). Two propellers rotating in opposite directions , can counteract the anti torque .The blade pitchIt of propellers is fixed, changing the rotational speed of the four propellers simply to do plex movement during the flight. Some foreign technology panies, such as Amazon, is the development and utilization of multi rotor aircraft of the express delivery and other automated logistics business, visible it has broad application prospects in military and civil. But the four rotor aircraft control difficult, the difficulty lies in the vehicle has the characteristics of multi variable, nonlinear underactuated, such as plex. Therefore, modeling and control of four rotor aircraft has bee a hot and difficult control field. Four rotor aircraft operations, such as: all the climb and descent, hovering, rolling motion, pitching, yawing movement etc. In this paper, using the Newton Euler model to describe the four rotor aircraft flight attitude. In this paper, limited ability of the author detailed analysis and Research on the four rotor aircraft do not stand structure and dynamics, but to a certain extent, simplifying the mathematical model of four rotor aircraft, in a certain attitude angle in approximation as the linear system, in order to facilitate the use of PID control algorithm for the control of the aircraft in the air of the three Euler angle. This paper presents the system design scheme of four rotor aircraft were designed, according to the function of attitude detection unit, attitude control unit, an execution unit and a simple navigation system unit based on GPS. Commonly used to control the operation of the system can make the aircraft, and can receive and analysis of GPS positioning information need, and storage location coordinates are simply the autonomous navigation, and the simulation on the display and display. This paper mainly with reference to the four rotor open source project, AVR8 SCM and MPU6050IMU module based on Atmega328p are piled and debugged the hardware selection, design and manufacture, circuit software code, and eventually realize the better control results. Key words: Quadcopter。 PID 控制器 。 該系統(tǒng) 能進(jìn)行飛行器的常用控制操作，并能接收并分析出需要的 GPS 定位信息，與存儲(chǔ)的定位坐標(biāo)進(jìn)行簡易地自主導(dǎo)航，并在顯示屏上模擬和顯示。四旋翼飛行器有各種的運(yùn)行狀態(tài) ,比如 :爬升、下降、懸停、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、偏航運(yùn)動(dòng)等。螺旋槳具有固定漿距，飛行過程中只需改變四個(gè)軸的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。兩組螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向相反，可以抵消 反扭力矩。因此四旋翼飛行器的建模與控制也 成了控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 本文提出了四旋翼飛行器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，按照功能分別設(shè)計(jì)了姿態(tài)檢測(cè)單元、姿態(tài)控制單元、執(zhí)行單元和基于 GPS的簡單導(dǎo)航系統(tǒng)單元。 APM 飛控 。 GPS導(dǎo)航 。 ArduCopter。 作為無人機(jī)中富有生命力的機(jī)型，四軸飛行器還具備無人機(jī)的多種優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)在戰(zhàn)爭(zhēng)中可以實(shí)施戰(zhàn)場(chǎng)偵査、目標(biāo)定位、單位跟蹤、電子干擾甚至火力支援等任務(wù)。例如，無人機(jī)可以在發(fā)生重大災(zāi)害后實(shí)施偵査、搜尋與救援工作；可以安裝多 種探測(cè)設(shè)備用于火災(zāi)、蟲災(zāi)監(jiān)測(cè)和地質(zhì)勘探中；還可以攜帶多種科學(xué)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。與固定翼無人 機(jī)相比 ,旋翼無人機(jī)具有能夠向后飛行、垂直起降和懸停的特點(diǎn) ,對(duì)起飛、降落場(chǎng)地的條件要求很少 ,控制起來非常靈活 ,能夠滿足多種用途 ,因此旋翼無人機(jī)具有更大的研究價(jià)值。飛行控制器是四旋翼飛行器最核心的部分，飛行器通過飛行控制器與外界交互并做出反應(yīng)，使得飛行器能夠在沒有外界操縱和干預(yù)的情況下自 主飛行。兩架原型機(jī)都是由飛行員直接控制四個(gè)螺旋槳轉(zhuǎn)速 ,由于操控過于復(fù)雜 ,進(jìn)行的飛行試驗(yàn)都不是很成 功。 第二階段從 21 世紀(jì)初 開 始至 今。 四旋翼飛行器目前 的研究主要有在高?？蒲袡C(jī)構(gòu)、國際開源項(xiàng)目和科技公司的商業(yè)開發(fā)。 此外，更加貼近普通人的是亞馬遜在網(wǎng)站介紹了一個(gè)還在亞馬遜下一代 Ramp。亞馬遜所做的事情，就只是輸入收貨地的 GPS坐標(biāo)，裝上貨品，接下來的工作就 不用 他操心了，無人飛行器會(huì)在卸貨之后，自動(dòng)返回庫房 [5]。據(jù)亞馬遜方面的介紹，這些無人飛行器，能夠飛離亞馬遜旗下 96 間庫房 10英里（ 16 千米）遠(yuǎn)的地方送貨。 在自動(dòng)飛行模式即 GPS 模式下，控制器 進(jìn)行收集經(jīng)緯度定位坐標(biāo)和衛(wèi)星時(shí)間，通過與存儲(chǔ)的目的地坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行比較而進(jìn)行簡單的導(dǎo)航。 3. GPS 定位誤差 利用 GPS 進(jìn)行衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的時(shí)候，會(huì)受到很多干擾，因此如何保證飛行器 飛行 途中獲得 的 GPS定位數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的或者 說 我們?nèi)绾蜗?GPS 導(dǎo)航的定位誤差 是研究的重點(diǎn)。 (2) 無線遙控模塊 :解碼接收到的無線遙控指令。 (6) 主邏輯模塊 :控制各模塊的執(zhí)行時(shí)機(jī)和執(zhí)行頻率 ,并與各模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互并進(jìn)行 PID 制輸出。 控制層： 傳感器接收機(jī)能夠提供 6路 PPM信號(hào)。引腳電平從高到低對(duì)應(yīng)高電平結(jié)束，從低到高意味著高電平開始。 傳輸層： 一個(gè)是無線遙控收發(fā)完成對(duì)飛行器的飛行控制，接收無線遙控器的接收信號(hào)利用PPM解碼原理對(duì)其進(jìn)行解碼輸出。 3. 硬件設(shè)計(jì) 整體設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì)主要由以下模塊組成： (1)核心數(shù)據(jù)處理模塊， (2)GPS 模塊， (3)11264 點(diǎn)陣液晶LCD 模塊， (4)電平轉(zhuǎn)換模塊， (5)遙控接收模塊，（ 6 姿態(tài)檢測(cè)模塊，（ 7 執(zhí)行模塊 核心處理器 本 文 設(shè)計(jì)基于意大利開源硬件 Arduino Nano 作為飛行控制、數(shù)據(jù)處理的主要手段。由于使用的核心 MCU 是 Arduino Nano，對(duì)它的編程使用的是所謂 Arduino C，這種 C語言類似于標(biāo)準(zhǔn) C，但是又針對(duì) Arduino Nano系統(tǒng)做了大量的簡化，提供了大量的已經(jīng)寫好的函數(shù)和庫文件，方便調(diào)用 。該模塊的優(yōu)勢(shì)是對(duì)漂移的處理，功耗在 30 毫安，性價(jià)比等多方面都優(yōu)于 SIRF3芯片。 采用了偽碼擴(kuò)頻技術(shù)將基帶信號(hào)的頻帶從 50hz 擴(kuò)展到 以將這種低碼率的導(dǎo)航文有效地發(fā)送給用戶。第二級(jí)是將它們的組合碼分別調(diào)制在 L1 和 L2載波頻率上。雖然美國在 2020 年取消了 SA，但 是戰(zhàn)時(shí)或必