【正文】 [5] 劉麗麗 .四旋翼飛行仿真器的建模及控制方法的研究 [D],長沙 :中南大學(xué) , 20xx. [6] Hrechak A K, Mchugh J A.(1990).Automated Fingerprint Recognition Using Structural Matching. Pattern Recognition, 23(8):893904 [7] Jain A, Hong L, Bolle R.(1997) .Online Fingerprint Verification. IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence,19(4):302313 [8] Luo Xiping, Tian Jie, Wu Yan. (20xx). A Minutia Matching Algorithm in Fingerprint Verification. 15th ICPR, Barcelona, 4:833836 [9] 張毅剛 .單片機(jī)原理 與應(yīng)用 [M],北京 :高等教育出版社 ,20xx. [10] FM70 Datasheet. veridi 公司 ,20xx. [11] QC12864B Datasheet. orient display 公司 ， 1999. [12] 張錫富 .傳感器 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx. 28 致謝 本課題的研究和本文的寫作是在 XX 老師和的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，他傾入了大量的心血和精力。我要特別感謝廣大網(wǎng)友 和硬件開發(fā)愛好者 ， 利用 網(wǎng)絡(luò) 和他們交流給 了 我很大的幫助， 他們 無私的將自己的成果 發(fā)布在 網(wǎng)絡(luò)上， 給 了我很大的啟發(fā)。在此，我特向他表示深切的謝意和崇高的敬意，他永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)和工作中的榜樣。 完成畢業(yè)設(shè)計階段的主要的工作具體包括： 掌握 DSP 和 Labview 功能特點，在這個基礎(chǔ)之上，完成接口電路的連接以及相應(yīng)的 DSP 的 C語言指令和 Labview 的 G 語言指令； 利用傳感器采集數(shù)據(jù)，通過 PID 算法實現(xiàn)飛行器姿態(tài)穩(wěn)定； 通過計算機(jī)調(diào)試得到實驗結(jié)果，并且分析實驗結(jié)果，總結(jié)設(shè)計。 25 圖 41 上位機(jī)接收 PWM 測試 Figure 41 The host puter receives the PWM test 圖 42 上位機(jī)數(shù)據(jù)接收和發(fā)送指令 Figure 42 The host puter to send and receive instructions 26 第 5 章 總結(jié) 四旋翼飛行器是一種市場前景廣闊的無人機(jī)飛行技術(shù)，具有很高的研究和應(yīng)用價值，在無人偵察等方面具有更好的實用性，更高的安全性。 本設(shè)計模塊主要有： 1） 傳感器數(shù)據(jù)采集模塊 2） DSP 數(shù) 據(jù)處理 3） 數(shù)據(jù)通信模塊 不斷地對 DSP 下程序，測試調(diào)試結(jié)果。特別是單片機(jī)的晶振盡量靠近單片機(jī)，減少干擾。對于電容器、二極管、三極管露在印制電路板面上多余引腳均需齊根剪去 24 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計錯誤和工藝性故障。焊接大功率三極管時，若需加裝散熱片，應(yīng)將接觸面平整、打磨光滑后再緊固，若要求加墊絕緣薄膜時，切勿忘記加薄 膜。 3）對元器件焊接要求 ： （ 1）電容器焊接 將電容器按圖裝人規(guī)定位置，并注意有極性電容器其 “ ＋ ” 與 “ － ” 極不能接錯，電容器上的標(biāo)記方向要易看可見。完成了上位機(jī)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)端控制、波形顯示、重要數(shù)據(jù)顯示和姿態(tài) 3D 顯示等主要功能。 數(shù)據(jù)解碼程序： 20 圖 35 數(shù)據(jù)解碼 Figure 35 The data decoding 3） 波形顯示和重要數(shù)據(jù)顯示 利 用波形顯示面板和 VI 將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼組合后得到有效數(shù)據(jù)，并將有效數(shù)據(jù)放入波形顯示控件和數(shù)據(jù)顯示控件中，使得波形顯示和重要數(shù)據(jù)顯示操作實行。通俗而言： TCP 負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥?的地。 基于 Labview上位機(jī)結(jié)構(gòu)介紹 利用 Labview 設(shè)計上位機(jī)軟件，在有限的時間里可以快速完成軟件設(shè)計，實現(xiàn)四旋翼無人飛行系統(tǒng)的上位機(jī)數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)端控制、波形顯示、重要數(shù)據(jù)顯示和姿態(tài) 3D 顯示等主要功能。 利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的 32 位 /64位編譯器。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。目前使用較多的是 IEEE488 或 GPIB 協(xié)議。 盡可能采用了通 用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。本項目對系統(tǒng)解耦合成俯仰，橫滾和偏航三個軸的動作，分別對做了三個 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整定的 PID控制，達(dá)到了讓飛行器穩(wěn)定飛行的目的。但是四旋翼飛行器只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動系統(tǒng)。他們是通過控制舵機(jī)來改變螺旋槳的槳距角，從而控制直升機(jī)的姿態(tài)和位置。因為電池電量不夠大，所以設(shè)計時候使用開關(guān)電源 Buck 電路實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率輸出得到 5v 電壓，最后利用 得到 穩(wěn)定電壓給各個傳感器供電，保證穩(wěn)定工作。最終可實現(xiàn)上位機(jī)對其數(shù)據(jù)采集和實時操控。 WIFI 無線通信電路 無線通信模塊是四旋翼無人飛 行器和地面控制中心通信的橋梁。 MPU6050+ HMC5883 九軸數(shù)據(jù)采集 MPU6050 的角速度全格感測范圍設(shè)定為177。飛行過程中，實時采集姿態(tài)數(shù)據(jù)， DSP 對姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后通過 PID 算法對飛行器飛行姿態(tài)進(jìn)行控制使得平穩(wěn)飛行。 硬件 平臺 總體設(shè)計 硬件平臺大致可以分為 4 個部分：核心部分（ TMS320F28335）、傳感器部分（ MPU6050、 HMC5883L、 BMP085）、電源供電部分、機(jī)架和機(jī)翼部分。 方案比較 1）復(fù)雜性：方案一采取用原始數(shù)據(jù)融合，卡爾曼濾波 算法等操作；而這些過程在方案二中使用 DMP 和簡單數(shù)據(jù)融合操作就可以代替，所以方案二設(shè)計簡單。再利用 PID 算法將采集得到的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制處理實現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)可控飛行。為此提出了關(guān)于兩種實現(xiàn)四旋翼無人飛行器系統(tǒng)的設(shè)計方案，下面將一一為大家介紹。電源采用 PTN7800w 將 12v 電池轉(zhuǎn) 的直流。模塊配備有特制的焊盤或外置天線連接器，適于各種外置天線的應(yīng)用 [10]。 USRWIFI232T 是一款一體化 ，通過 USRWIFI232T模組，傳統(tǒng)的低端串口或 MCU 控制的設(shè)備均可以很方便的接入 WIFI 無線網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)控制與管理。 PTN78000 具有欠壓鎖定和積分 /關(guān)閉抑制。 PTN78000 是比它的之前系列產(chǎn)品更 小更輕，并具有類似的或改進(jìn)的電氣性能特點。 BMP085 是基于壓阻效應(yīng)技術(shù)的，具有穩(wěn)定的電磁兼容性、高精度、線性性以及穩(wěn)定性。通用的 SMD500/BMP085 C代碼 (BMP085SMD500API)與 SMD500 也是兼容的，但是要注意器件 ID。Y軸 Z軸 177。 25 ppm 縱向靈敏度 測試條件：總想?yún)^(qū)域 =， Happlied=177。 8 高斯 線性 177。 HMC5883L 是采用無鉛表面封裝技術(shù)，帶有 16引腳，尺寸為 。 HMC5883L 包括 最先進(jìn)的高分辨率 HMC118X 系列磁阻傳感器，并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準(zhǔn)、能使羅盤精度控制在 1176。A10Hz 高達(dá) 400kHz 快速模式的 I2C，或最高至 20MHz 的 SPI 串行主機(jī)接口 (serial host interface) 內(nèi)建頻率產(chǎn)生器在所有溫度范圍 (full temperature range)僅有177。A；加速器運作電流：350amp。 5%、 177。運動處理數(shù)據(jù)庫支持 Android、 Linux與 Windows 內(nèi)建之運作時間偏差與磁力感測器校正演算技術(shù)，免除了客戶須另外進(jìn) 行校正的需求。 8g 和177。 /sec 的 3 軸角速度感測器 (陀螺儀 )。 250、177。 1%變動的振 蕩器。 5%，邏輯接口VVDIO 供電為 177。產(chǎn)品傳輸可透過最高至 400kHz 的 IC 或最高達(dá) 20MHz 的 SPI（ MPU6050 沒有 SPI）。 2g、177。 500、177。與作用相當(dāng)?shù)?32位定點技術(shù)相比，快速傅立葉轉(zhuǎn)換（ FFT）等復(fù)雜計算算法采用新技術(shù)后性能提升了一倍之多 [6]。與以往的定點 DSP 相比，該 器件的精度高，成本低， 功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大， A/D 轉(zhuǎn)換更精確快速等。 6 第二章 四旋翼無人飛行器系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)方案介紹 本設(shè)計利用 TMS320F28335 強大的運算和控制能力，通過九軸姿態(tài)采集模塊實現(xiàn)四旋翼飛行器飛行狀態(tài)原始數(shù)據(jù)采樣，再通過 TMS320F28335 進(jìn)行加速度和角速度數(shù)據(jù)融合和卡爾曼濾波處理，實現(xiàn)四元數(shù)輸出，得到姿態(tài)實時數(shù)據(jù)。 第二章：介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，確定了系統(tǒng)功 能和設(shè)計方案，詳細(xì)介紹了器件的選擇和各模塊電路。因此，研制既能精確控制飛行器姿態(tài)，又具有較強抗干擾和環(huán)境自適應(yīng)能力的姿態(tài)控制器是微小型四旋翼飛行器飛行控制系統(tǒng)研究的當(dāng)務(wù)之急。 飛行控制 微小型四旋翼飛行器是一個具有六自由度 (位置與姿態(tài) ) 和 4個控制輸入 (旋翼轉(zhuǎn)速 )的欠驅(qū)動系統(tǒng)，具有多變量、非線性、強耦合和干擾敏感的特性，使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計變得非常困難。因此，很難建立有效、可靠的動力學(xué)模型。要提高飛行器的效率，關(guān)鍵在于提高動力裝置的效率。 動力與能源 動力裝置包括：旋翼、微型直流電機(jī) 、減速箱、光電碼盤和電機(jī)驅(qū)動模塊， 4 能量由機(jī)載電池提供。 微小型四旋翼飛行器發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù) 迄今為止，微小型四旋翼飛行器基礎(chǔ)理論與實驗研究已取得較大進(jìn)展，但要真正走向成熟與實用，還面臨著諸多關(guān)鍵技術(shù)的挑戰(zhàn)。目前世界上存在的四旋翼飛行器基本上屬于微型無人飛行器，一般可以分為 3類：遙控航模四旋翼飛行器、小型四旋翼飛行器以及微型四旋翼飛行器。 四旋翼飛行器發(fā)展的現(xiàn)狀 四旋翼飛行器，也稱四旋翼直升機(jī)或十字翼直升機(jī)，是由 4個轉(zhuǎn)子推動飛行的直升機(jī)。 MD4200 的核心是 AAHRS（姿態(tài)、高度及航向參考系統(tǒng)），集成了加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計、濕度計、溫度計等多種高精度傳感器和卓越的控制算法， md4200 的操控因而變得非常簡單。這些優(yōu)勢使四旋翼飛行器在執(zhí)行搜救和偵察等任務(wù)方面游刃有余，決定了四旋翼飛行器具有更廣闊的應(yīng)用前景。 第二個階段即從 21 世紀(jì)初開始至現(xiàn)在，四旋翼飛行器的動力能源采用電動，逐漸被各國所接受，主要是無人機(jī) (Unmanned Aerial Vehicles， UAV)，廣泛應(yīng)用于軍