【正文】 腳 CS 為片選端 4 腳 A0 為地址選擇，接低電平為寫命令，接高電平為寫數(shù)據(jù) 5 腳 SCLK 為時鐘信號線 6 腳 SI 為數(shù)據(jù)線 7 腳 RST 為復位端 8 腳 BL_SW 為背光燈 鍵盤模塊 設計 2 個按鍵，直接采用 I/O 口控制，采用軟件去消除抖動的影響，如圖 35 所示。該遙控器接收機的輸出為 PPM輸出，如圖 42所示為 PPM(脈沖位置調制 )的原理圖。 觀察 PPM原理圖可發(fā)現(xiàn)引腳電平只有 2種變化方式，分別是從 高到低和從低到高。 uint8_t chan,pindnow。 if(pindnowamp。 此外，本文使用的中特維電調其識別高電平閾值在 2V 至 5V 之間，高電平持續(xù)時間在1ms至 2ms之間 ,1ms和 2ms長的高電平信號分別對應無刷電機的停止轉動和最高轉速 。 //**************** //PWM初始化模塊 //**************** voidpwm_init(void){ //***************8bit T/C2 初始化 *******************/ TCCR2A = (1COM2A1) | (1COM2B1) | (1WGM21) | (1WGM20)。查詢 Atmega328p 單片機的 datasheet 和MPU6050 的 datasheet，可以輕松的得到進行 IIC 操作時應該遵循的時序。 RAW_ACC_Z = ((rawADC[4]8)|(rawADC[5]))。如圖 所示 ,其中 為水平線與加速度計 X 軸的夾角 , 為水平線與加速度計 Y軸的夾角看 , 為重力矢量與 Z軸的夾角。 互補濾波器是一種頻域特性濾波器 ,經(jīng)常用來融合 由不同傳感器測量得到的具有相似物理意義的數(shù)據(jù) ,摒棄每個數(shù)據(jù)的缺點從而估算出準確的參數(shù)。互補濾波器已在前文中完成了設計，但可以從前文中發(fā)現(xiàn)，微分時間 dt的大小嚴重影響該濾波器的性能，所以要嚴格控制 dt大小不變。 alpha=()*(*(RAW_GYRO_YGYRO_BIAS_Y)*dt)+ ()*(angle_acc_x)。所以四軸飛行器受到升力的平均水平應該是通過視覺反饋信息來人工控制。為了方便采用傳統(tǒng)的 PID 控制器我們采用數(shù)字控制器的連續(xù)化設計方法 [18]。依然用矩形法進行數(shù)值積分，即以球和代替積分，以差分代替微分，得到的增量式數(shù)字控制器公式如下 43 dt kykykyKkeKkekeKku dip )]2()1(2)([)()]1()([)( ?????????? （ 43） 由于實際中使用位置式 PID 算法可能產生輸出脈沖，影響安全，而且需要存儲數(shù)據(jù)的量巨大，所以本文采用增量式 PID 算法。 ⒉ 積分時間 Ti對系統(tǒng)性能影響：積分時間通常影響系統(tǒng)穩(wěn) 定性。 3. 若在比例調節(jié)的基礎上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。若目標點在起飛點的右上方，則先 45176。一般來說，我們常用的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度以及時間等都可以從 $GPGGA幀中獲得。在字模的記載方式如 下 圖所示： 圖 415 英文字符顯示 而中文“你”在字模中的記載如 下圖所示： 圖 416 漢字顯示 11264的內部器件和相關功能如下： (1) DFF，即顯示控制觸發(fā)器：此觸發(fā)器是用于控制模塊屏幕顯示的開關。 (4) Z地址計數(shù)器：這是一個用指令 DISPLAY START LINE預置的 6位地址計數(shù)器。 XY地址計數(shù)器其實也就是 DDRAM的地址指針， X地址計數(shù)器是 DDRAM的指針 X， Y地址計數(shù)器是 DDRAM的地址指針 Y。n++) { Write_LCD_cmd(0x11+(Cl_addr4))。//輸入列地址 Write_LCD_cmd(0x04+(Cl_addramp。 unsigned char*p=0。//輸入列地址 Write_LCD_cmd(0x04+(Cl_addramp。0x0f))。這時切記將遙控器打到較小的舵位并關閉，以免出現(xiàn)危險。 總結 本文基于 AVR單片機和慣性測量單元（ IMU） MPU6050完成了四旋翼飛行器控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計。 AVR單片機雖然在硬件資源上能基本滿足四旋翼飛行器的項目需求，單片機運算速率也明顯快于常用的 51系列單片機，但是在面對飛行控制這種對精度和實時性、快速性有較高有求的系統(tǒng)，運算性能任然捉襟見肘。 通過本次設計， 掌握了一些實踐 性質設計的基本步驟：首先，明確設計任務，并且要初步了解現(xiàn)今國內外發(fā)展現(xiàn)狀。 但是，作者對該系統(tǒng)的 前景寄予了很大的期望。 sbit 。同時在軟件設計中程序運行效率不是很高，程序較為臃腫，對單片機片內存儲的占用過多。利用本系統(tǒng)，能夠根據(jù)需要采集 GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如經(jīng)緯度信息，衛(wèi)星時間。針對這一點，存在兩方面的改進空間。 實測中， PID算法對控制飛行器還是有點吃力，當方向舵給定方向的速度太快，飛行器就不能穩(wěn)定，很容易出現(xiàn)側傾。//將列地址增量 } } 因為字庫的第一個數(shù)組是空格，即 0x20，所以進入該子程序的數(shù)組減去 0x20，即可指向 ASCII碼字庫對應的英文字符。 Write_LCD_cmd(0x11+(Cl_addr4))。 p=ASC_4+x*16。 Cl_addr+=16。i++) Write_LCD_dat(*ptr++)。 for(n=0。 (5) XY地址計數(shù)器： X地址計數(shù)器是一個 9位計數(shù)器，不能計數(shù)，只有 Y地址計數(shù)器可以循環(huán)記數(shù)。 (3) 顯示數(shù)據(jù)存儲器，即 DDRAM： DDRAM 置高電平時是代表顯示是選擇的， DDRAM 置低電平時代表顯示是非選擇的。當然，只得到漢字和英文字符的內碼還不能將這些字符顯示在液晶屏幕上，這涉及到字符字模的建立，字模雖然也是一組數(shù)字，但是它的意義卻與數(shù)字的意義有根本的不同，它是用數(shù)字的各個位的信息來表示英文字符或中文字符的形狀，如英文的 39。這些發(fā)送出到的數(shù)據(jù)要在分類提取后才能加以利用。斜飛。 2. 首先只整定比例系數(shù)，將 Kp由小變大，使得系統(tǒng)響應曲線略有超調。而 Kp偏大則會使得衰減震蕩次數(shù)增多，調節(jié)時間變長； Kp太小又會使得響應速度緩慢。 圖 49 增強型 PID 控制器原理圖 此圖 中的 y值分別取， r值 分別為。利用連續(xù)化的數(shù)字控制器 ,可以充分利用比較成熟的連續(xù)化設計技術 ,但是這種方法要求系統(tǒng)有較高的釆樣率。操作者可以通過遙控器給出此刻電機升力的基值 pwm_base。 如下程序段即為互補濾波程序段，注意要減去陀螺儀的偏移角 GYRO_BIAS_X、GYRO_BIAS_Y。 互補濾波主要是對加速度傳感器數(shù)據(jù)進行低通濾波以削去高頻分量，一般而言高平分量即為加速度傳感器的擾動量；對陀螺儀進行高通濾波，濾去低頻分量，低頻分量意味著信號中頻率較低周期較長的部分，這樣一來便可濾去加速度陀螺儀積分漂移產生的 誤差，在完成濾波之后，就能獲得四軸飛行器的較為準確的姿態(tài)角。但是卡爾曼濾波運算復雜，加長程序循環(huán)時間，會造成諸如陀螺儀積分漂移增加等情況，故本文采用互補濾波方式進行濾波。其原理如下圖 46 所示 圖 46 加速度傳感器傾斜檢測示意圖 利用三軸加速度計進行傾斜檢測的一種方法是基于一個參照點分別確定加速度計各個軸的角度。 兩 8位融合成 16位數(shù)據(jù)程序段如下： if(reg==0x3B){ RAW_ACC_X = ((rawADC[0]8)|(rawADC[1]))。} //重設 OCR1A改變 PWM占空比 chan3 = pwm_base。而在調節(jié) PWM 高電平時間的時候，只需分別向 OCR1A、 OCR1B、 OCR2A、 OCR1B 內寫入相應數(shù)據(jù)即可從對應的 PWM 輸出端口獲得不同高電平時間的 244HZPWM 波。而查閱空氣動力學知識可知螺旋槳升力 升與 有如下關系 22wkF升 ? （ 42） 由此可見 ?? 升FM （ 43） 又有 PWM高電平時間正比與電機轉動力矩 M，如此一來，我們則可以通過控制 PWM波形的高電平時間來線性的控制機體獲得的升力 。 //確定 PCINT中斷發(fā)生在哪個引腳 if(chanamp。這里使用 AVR 單片機帶有的引腳電平變化中斷來實現(xiàn) PPM高電平時間的讀取不僅節(jié)省 CPU 時間而且還精確。而本設計只需要其中 4路，即四個通道。這些初始化程序將在此后的相印模塊中進行介紹，在此不贅述。 LCD 顯示模塊介紹 LCD11264 是一種圖形點陣液晶串口顯示屏， 點陣數(shù) 112*64，可以顯示 4*7 行 16*16 的漢字。 SA 干擾誤差是美國 國防部為之國家安全而防止非特許 用戶利用 GPS進行高精度 定點 點定位而采用的降低 GPS 系統(tǒng)精度的 一系列 政策，簡稱 為 SA政策，它包括降低廣播星歷精度和在衛(wèi)星基本頻率上附加一隨機抖動使鐘的頻率產生快慢變化 ， 導致測距精度大衛(wèi)降低。 工作電壓： + 至 +5v； 功耗：跟蹤模式 電壓下小于 35mA； 更新接收：每秒鐘 (1pps)； 外形體積尺寸： **3mm； 重量： 3g； 圖 32 GPS 模塊實物 GPS 衛(wèi)星信號 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的導 航電文是通過兩個載波頻 L1 為 ， L2 為 1227MHz 向地面發(fā)射帶寬 F=50Hz，傳遞速率是 50bit/s 的基帶信號，即一組不歸零制二進制編碼脈沖 D(t)。其豐富的片上資源以及優(yōu)秀的性能是選擇它作為主控芯片的原因。電機驅動 利用電子調速器，由于電子調速器的油門是線性的，意味著給電子調速器輸入的 PWM波形的高電平時間正比于電機的轉動力矩 。查詢 Atmega328p 單片機的 datasheet和 MPU6050 的 datasheet，可以輕松的得到進行 IIC 操作時應該遵循的時序 。 2. 系統(tǒng)原理 該系統(tǒng)主要由六個模塊主城，其主要功能分別介紹如下 : (1) 初始化模塊 :為硬件和軟件系統(tǒng)進行初始化操作。針對四軸無人飛行器的飛行原理，對 遙控接收模塊的 PPM 解碼 、電機驅 動原理、傳感器數(shù)據(jù)采集與傳輸原理和姿態(tài)解算原理進行深入研究和學習，通過融合上述關鍵性技術，在無線遙控模式下，采用天地飛 6通道遙控器的 4 個通道，根據(jù)每個通道的高電平持續(xù)時間來判斷通道遙桿的位置，從而起到控制 輸入的作用，單片機根據(jù)引腳電平 變化中斷來實現(xiàn) PPM高電平時間的讀取，然后利用 AVR 的 Timer/Counter1 和 Timer/Counter2 輸出 對應的 PWM波形 控制電子調速器驅動電機。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）遠的地方送貨。這些技術的發(fā)展使得以直流電機作為動力源的微小型飛行器進入了一個新的發(fā)展階段。第一階段是在 20 世紀初 ,1907 年法國科學家Charles Richet 制造了一架小型的無人機 ,雖然不是很成功 ,但是他的學生 Louis Brguest在其的指導下幵發(fā)了第一架載人四旋翼飛行器 ,其后來又研發(fā)出了的第二架原型機。兩者的飛行原理也不同，固定翼無人機利用發(fā)動機產生的推力或者拉力使飛機高速前進，利用機翼產生維持飛行狀態(tài)的升力；而旋翼無人機則利用一個或多個螺旋槳高速旋轉產生升力，并利用升力在水平面上的分力實現(xiàn)前后、左右運動 [2]。在軍事領域，無人機早己投入到實戰(zhàn)使用中 [1]。PID controller。 關鍵詞 ： 四軸飛行器 。但是四旋翼飛行器控制難度較大 ,難點在于飛行器具有欠驅動、多變量、非線性等比較復雜的特性。 國外某些科技公司，如亞馬遜，正在開發(fā)研究利用多旋翼飛行器進行快遞投送等自動化的物流業(yè)務，可見其具有廣泛的軍事和民事應用前景。本文主要 參考國際上四旋翼開源項目 ,基于 AVR8位單片機 Atmega328p、MPU6050IMU 模塊進行了硬件選型、電路設計與制作、軟件代碼的編寫及調試，最終實現(xiàn)較好的控制結果。 APM(ArduPilotMega) 。無人機與普通飛機相比 ,其結構簡單成本低，便于制造和維護；由于無人駕駛，因此其有效載荷更大，能夠安裝更多的設備或武器，完成任務 的效率和可靠性更高；而且即使出現(xiàn)意外險情也不會危及到飛行員的生命安全，因此廣泛應用于各種高風險的任務中。按照結構的不同，無人機可以分為固定翼無人機和旋翼無人機兩種，其中前者又可分為螺旋槳式固定翼無人機和噴氣式固定翼無人機兩種，后者又可分為單旋翼無人機和多旋翼無人機兩種。 國內外四軸飛行器自主導航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 四旋翼飛行器的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段。隨著直流 111 機技術的發(fā)展 ,出現(xiàn)了許多體枳小轉速高轉矩大的直流電機 ,鋰電池技術的發(fā)展使得鈕 !電池儲能密度加大同時放電電流也變大 ,這就使鋰電池對大功率直流屯動機的驅動成為可能。 Prime Air 的目標是通過無人飛行器向消費者派發(fā)快件，派件用時縮減到半小時或更短。本文擬選取蘭州理工大學本部校區(qū)為實驗測試區(qū)，基 于 GPS坐標定位技術、信息綜合與決策控制技術、姿態(tài)檢測與解算技術、 基于 PID算法 控制 技術和無線遙控技術，研究無人飛行器自助導航系統(tǒng)。 2. 根據(jù)所搭建的實驗硬件平臺，因地制宜地