【正文】 么第二次捕獲就不會(huì)進(jìn)行，在處理完捕獲數(shù)據(jù)后，將 status 清 0，就可以開啟第二次捕獲。而且這個(gè)設(shè)置是必須的，只有讓捕獲中斷的優(yōu)先級(jí)最高，主控器才能實(shí)時(shí)接收到遙控器的命令而不被其他中斷打斷。 程序的關(guān)鍵在于 SPI 模塊的初始化和 NRF24L01 的初始化。 STM32F103C8T6主控器中含有兩個(gè) SPI 模塊。自檢結(jié)束后，傳感器才有輸出。如果這個(gè)函數(shù)執(zhí)行失敗，將無(wú)法使用 DMP 寄存器的功能。 由于 MPU6050 的要通過(guò) IIC 通信協(xié)議才能對(duì)寄存器操作，所以必須確保程序中的 IIC 程序正確。如果不要上位機(jī)，只要下位機(jī)做的好，飛行器也可以很好的起飛，可以完成所有動(dòng)作。 匿名上位機(jī)通信協(xié)議 下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)格式為： 0x88+FUN+LEN+DATA+SUM。可以實(shí)時(shí)顯示出慣性器件測(cè)出的 ACC 的 XYZ 三軸 波形，GRYO 的 XYZ 三軸波形， 3 個(gè)姿態(tài)角的波形等。 安裝好如下圖： 圖 安裝效果 圖 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第四章 四旋翼上位機(jī)及下位機(jī) 匿名上位機(jī)軟件平臺(tái) 匿名上位機(jī)功能 匿名科創(chuàng)開發(fā)的 上位機(jī)軟件平臺(tái)目前最新的版本具有地面站功能，可以下載飛控程序。 螺旋槳的安裝也要注意螺旋槳的翼面要與機(jī)架所在水平面保持平行。原理圖如下 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 5V 穩(wěn)壓電源電路圖 四旋翼飛行器 的 安裝 飛行器硬件連接圖 圖 飛行器硬件連 接關(guān)系圖 x 模式和 +模式的區(qū)別 在上文四旋翼飛行器原理中已經(jīng)介紹過(guò)四旋翼飛行器的兩種模式。方向舵是控制飛行器的飛行方向，副翼是控制飛行器的橫滾角，升降舵是控制飛行器的俯仰角的。具有超強(qiáng)的抗干擾能力，使用了高端擴(kuò)頻（ DSSS） + 跳頻技術(shù)，可以 60 臺(tái)遙控器同時(shí)開機(jī)工作而不互相影響。但有個(gè)問(wèn)題需要注意，在開機(jī)或者復(fù)位8 秒之內(nèi)， MPU6050 的 DMP 寄存器要進(jìn)行自身穩(wěn)定，所以這段時(shí)間輸出的數(shù)據(jù)都是假數(shù)據(jù)， 8 秒之后輸出的數(shù)據(jù)就會(huì)很準(zhǔn)確。4 ， 177。主控器可以通過(guò) XDA，XCL 直接訪問(wèn)擴(kuò)展設(shè)備的寄存器，使其輸出 9 軸的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。這對(duì)使用數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力和編程能力要求較高。 具有 CRC 計(jì)算單元。 帶有 128KB 字節(jié)閃存的。本設(shè)計(jì)中的電池放電強(qiáng)度為 2200*30=66000mA。第一次使用電子調(diào)速器要對(duì)電子調(diào)速器初始化，初始化就是對(duì)電子調(diào)速器設(shè)置油門行程 ，確定電子調(diào)速器輸出最小和最大電流，還有其他一些保護(hù)模式，詳細(xì)的操作設(shè)置，可以參考新西達(dá)電子調(diào)速器說(shuō)明書。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 XXD2212 930KV 無(wú)刷電機(jī) 新西達(dá) 30A 電子調(diào)速器 新西達(dá)電子調(diào)速器是航模無(wú)刷電子調(diào)速器的一種。 圖 風(fēng)火輪 450 機(jī)架 新西達(dá) 2212 930kv 無(wú)刷電機(jī) 無(wú)刷電機(jī)運(yùn)用于航模，優(yōu)越性非常明顯：無(wú)刷電機(jī)工作效率很高，一般的有刷電機(jī)摩擦大，損耗大，發(fā)熱多，壽命短，效率低，輸出功率小。就是 X 模式下的機(jī)體坐標(biāo)。實(shí)現(xiàn)基本的飛行動(dòng)作只需調(diào)節(jié)一組螺旋槳的轉(zhuǎn)速。上圖展示的是＋模式。所以，從工程和理論的角度來(lái)講，四旋翼飛行器的研究具有重要意義。第三，利用慣性器件測(cè)算四旋翼飛行器姿態(tài)信息的準(zhǔn)確度也是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制的關(guān)鍵。 目前，國(guó)內(nèi)有很多致力于開源四旋翼飛行器研發(fā)的科技企業(yè)及技術(shù)團(tuán)隊(duì)，最受歡迎的有匿名科創(chuàng)開發(fā)的匿名四軸，圓點(diǎn)博士小四軸等。 目前國(guó)外四旋翼飛行器的研究發(fā)展迅速，美國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞和德國(guó)等在此項(xiàng)目上經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)較為成熟。 賓 夕 法尼亞大學(xué)的 HMX4 最大長(zhǎng)度 76cm，重 700g，機(jī)體底部有 5 個(gè)彩色標(biāo)記。 OS4I最大長(zhǎng)度約 73cm， 質(zhì)量為 235g； 它使用了 DraganflyerⅢ 的旋翼和機(jī)架， 4 個(gè)Faulhaber1724 電機(jī)，以及一個(gè) Xsense 的 MT9B 微慣性器件。 2021 年 2 月，由美國(guó)種子基金會(huì)（ The Sapling Foundation）運(yùn)營(yíng)的非盈利組織 TED 大會(huì)請(qǐng)出了美國(guó)賓 夕 法尼亞大學(xué)（ University Of Pennsylvania）動(dòng) 力科學(xué)院（ School of Engineering and Applied Science）的一位教授和他所帶領(lǐng)的一個(gè)四旋翼飛行器研發(fā)團(tuán)隊(duì)，他們陳述了目前一些無(wú)人機(jī)的不足之處和四旋翼飛行器的優(yōu)越性，并多元化展示了他們研發(fā)的四旋翼飛行器在軍事，勘探等多種行業(yè)的多種用途。 四旋翼飛行器是一種具有四個(gè)對(duì)稱旋翼的直升機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，飛行靈活，可垂直起降 ，懸停甚至完成一些高難度飛行動(dòng)作。國(guó)外早在上世紀(jì)初期就開始研究四旋翼飛行器。很多行業(yè)如軍事打擊、公安追捕、災(zāi)害搜救、農(nóng)林業(yè)調(diào)查、輸電線巡查、航拍等都成為四旋翼飛行器體現(xiàn)其優(yōu)越性的平臺(tái)。機(jī)載 230g 的鋰電池，可以自主飛行 30min。 賓 夕 法尼亞大學(xué)的四旋翼飛行器研究已經(jīng)從對(duì)單個(gè)飛行器的控制上升到對(duì)多個(gè)飛行器的控制。是全球領(lǐng)先的無(wú)人飛行器控制系統(tǒng)及無(wú)人機(jī)解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商。 首先，對(duì)四旋翼飛行器很難建立準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型?？捎糜谧匀粸?zāi)害之后的救援、搜索。 四旋翼飛行器集成了慣性導(dǎo)航技術(shù)、軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、是一個(gè)多學(xué)科的綜合平臺(tái)，也是提高能力的平臺(tái)。 Pitch 角為俯仰角，如圖，機(jī)體繞 Y 軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生與水平面的夾角，為俯仰角，角度正負(fù)與慣性器件安裝有關(guān)。由此，可以想像飛行器在不同螺旋槳轉(zhuǎn)速下的飛行動(dòng)作。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第三章 四旋翼飛行器 常用 部件及安裝 四旋翼飛行器部件介紹 風(fēng)火輪 450 機(jī)架 風(fēng)火輪 450 機(jī)架是深圳市大疆創(chuàng)新科技公司設(shè)計(jì)的多旋翼飛行器套裝。 kv 值是指外加 1v 電壓對(duì)應(yīng)的每分鐘空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。 新西達(dá) 30A 電子調(diào)速器參數(shù)解釋： 30A 是指其最大能夠提供的電流不能超過(guò) 30A。 電池參數(shù)解釋： 2200 mAh 表示電池的容量，如果電池以 2200mA 放電的話可以放電一小時(shí)。本設(shè)計(jì)采用 STM32 系列的增強(qiáng)型 F103 系列。 2 個(gè) I2C 接口， 2 個(gè) SPI 接口， 3 個(gè) USART 接口， 1 個(gè) CAN 接口， 1 個(gè)湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 全速接口。 作為初學(xué)者，建議使用庫(kù)函數(shù)操作法，其操作一目了然，如同閱讀一篇英文文章一樣，簡(jiǎn)單易懂，省去了查詢寄存器的繁瑣工作。 圖 主控 stm32f103c8t6 慣性器件 MPU6050 MPU6050 是美國(guó) InvenSense 公司研發(fā)的全球首例 9 軸運(yùn)動(dòng)處理傳感器。2021176。 MPU6050 可支持的電源范圍可以是 、 也可以到 。 本設(shè)計(jì)使用天地飛 7，如下圖。這 種模式 是可以通過(guò)遙控設(shè)置菜單中進(jìn)行設(shè)置的。一旦實(shí)現(xiàn)對(duì)碼之后，以后的使用將無(wú)需進(jìn)行對(duì)碼，只要雙方都接通了電源，遙控器會(huì)自動(dòng)與接收機(jī)對(duì)接。 MPU5060 NRF24L01 電調(diào) 電機(jī) 電調(diào) 電機(jī) 電調(diào) 電機(jī) 電池 5V 穩(wěn)壓電路 STM32F103C8T6 電調(diào) 電機(jī) STM32F103C8T6 NRF24L01 遙控器 接收機(jī) NRF24L01 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 安裝事項(xiàng) 安裝四旋翼 飛行器要注意以下事項(xiàng)： 由于，四旋翼飛行器螺旋槳旋轉(zhuǎn)起來(lái)，產(chǎn)生的力矩很大，機(jī)體旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生非常大的離心力，如果機(jī)架沒有安裝好，就會(huì)在離心力的作用下散架，發(fā)生螺旋槳打到人的危險(xiǎn)事故。 將飛行器安裝好之后，需要檢驗(yàn)是否安裝正確，檢驗(yàn)方法為：在有保護(hù)措施的情況下打開電機(jī)，遙控油門不要推太大，來(lái)檢查飛行器的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向，是否正確。可以將下位機(jī)發(fā)送至上位機(jī)的每幀數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，可以分別顯示數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)和功能幀。 （ 5） 飛控設(shè)置。 遙控，電機(jī) pwm，電壓顯示對(duì)應(yīng)的幀 FUN為 0xAE，幀格式為：0x88+0xAE+0x12+THROT YAW ROLL PITCH +AUX1 2 3 4 5 + PWM： 1 2 3 4 + VOTAGE + SUM，共 28字節(jié)。該操作庫(kù)下包含了 DMP 操作的源文件。設(shè)置 MPU 采樣頻率。設(shè)置 FIFO 通道的頻率 run_self_test()。more)。 總體來(lái)講，主控器自身的 SPI 模塊還是相對(duì)好用一些，我們只需要對(duì)其特定寄存器進(jìn)行配置就可以完成通信，使得代碼量大大減少。 STM32F103 支持一個(gè)普通定時(shí)器的四個(gè)通道 捕捉外部 PWM。再將 status第 7 位置 1，表示捕獲到高電平，之后就把該通道設(shè)置為下降沿中斷，如果在等待下降沿的過(guò)程中發(fā)生率定時(shí)器溢出，那么 status 就對(duì)溢出次數(shù)計(jì)數(shù)。計(jì)算方法為： Frequency = 72 000 000/TIM_Prescaler/TIM_Period. 姿態(tài)解算程序 姿態(tài)解算程序已經(jīng)在本章第一節(jié)中介紹過(guò)了，利用 MPU6050 的 DMP 寄存器直接輸出姿態(tài)數(shù)據(jù)，然后主控對(duì)姿態(tài)四元數(shù)進(jìn)行變換，得到姿態(tài)歐拉角。 需要說(shuō)明的是，由于 MPU6050 的測(cè)出的偏航角在靜止時(shí)漂移很小，但是在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的漂移，所以，很多網(wǎng)友基本放棄 MPU6050 測(cè)出的 YAW，而改用 HMC5883L 這種地磁傳感器來(lái)測(cè) YAW。本章主要介紹本設(shè)計(jì)在實(shí)踐過(guò)程中使用到的姿態(tài)解算知識(shí)。參考坐標(biāo)系在飛行器飛行過(guò)程中保持不變，而機(jī)體坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系要經(jīng)過(guò)一次或多次旋轉(zhuǎn)。 歐拉角是由歐拉首先提出的用來(lái)確定定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體位置的 3 個(gè)一組獨(dú)立角參量，由章動(dòng)角 θ、旋進(jìn)角（即進(jìn)動(dòng)角） ψ 和自轉(zhuǎn)角 j 組成。一旦飛行器的電機(jī)啟動(dòng)，機(jī)架就會(huì)有 很大震動(dòng)。四旋翼飛行器的姿態(tài)控制 方法 一般分兩種：四元數(shù)控制和歐拉角控制 。 pK 表示控制器比例系數(shù)。但 這對(duì)于主頻為 72M 的 STM32 主控器來(lái)說(shuō)還是可以承受的。 定義 PID 結(jié)構(gòu)體： struct PID {float P， pout， I， iout， D， dout， IMAX， OUT； }PID； 定義 PID 型變量 PID_ROL， PID_PIT， PID_YAW，分成三組 PID，分別調(diào)節(jié)三個(gè)方向的歐拉角偏差。一般來(lái)講 ， ＋模式的飛行器相對(duì)好調(diào)一些，因?yàn)?ROLL、 PITCH 方向只分別涉及到兩個(gè)電機(jī)，容易調(diào)些。令 P=1時(shí)，發(fā)現(xiàn)飛行器往一邊偏，偏離水平面的角度較大。同樣的，從一個(gè)很小的值調(diào)起。明白 P 的作用是回復(fù)到水平面的回復(fù)力。但 YAW的值由于漂移較大，沒有進(jìn)行 PID 控制。 首先從主控器 STM32F103C8T6 學(xué)起。在跟網(wǎng)友的討論和學(xué)習(xí)中，我成功用遙控器通過(guò)主控器對(duì)電調(diào)完成初始化。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 參考文獻(xiàn) [1] 彭軍橋．非共軸式碟形飛行器研究 [D]．上海大學(xué) 2021 級(jí)碩士研究生學(xué)位 畢業(yè)論文： 168． [2] 宿敬亞，樊鵬輝，蔡開元． 四旋翼飛行器的非線性 PID 姿態(tài)控制 [J]．北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)． 2021．第 37 卷第 9 期： 10541055． [3] 吳東國(guó)．基于四旋翼飛行器平臺(tái)的低空遙感技術(shù)在公路環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用[J]．公路交通技術(shù)． 2021．第 6 期： 137138． [4] 姬江濤，扈菲菲，賀智濤，杜新武，劉劍君．四旋翼無(wú)人機(jī)在農(nóng)田信息獲取中的應(yīng)用 [J]．農(nóng)機(jī)化研究． 2021．第 2 期： 14． [5] 趙晨，杜勇．四旋翼無(wú)人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用 [J]．湖北電力． 2021．第36 卷第 6 期： 3536． [6] 張鵬，程飛，曹宇強(qiáng)，孫來(lái)，王琪．一種新型四軸搜救飛行器設(shè)計(jì) [J]．科技廣場(chǎng)． 2021 年 09 期： 145147． [7] 王帥，周洋．用于危險(xiǎn)區(qū)域物品清理的四旋翼飛行抓捕手 [J]．兵工自動(dòng)化． 202103．第 30 卷第 3 期： 7880． [8] 劉慶元，徐柳華，沈彩蓮，王小平．基于無(wú)人飛行器遙感影像的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究 [J]．測(cè)繪科學(xué)． 2021．第 35 卷第 1 期： 2830． [9] 秦永元．慣性導(dǎo)航 [M]．第一版．第一次印刷．北京．科學(xué)出版社． 2021：59． [10] 王冬來(lái)，呂強(qiáng)，劉峰．小型四軸飛行器動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)定方法設(shè)計(jì) [J]．科技導(dǎo)報(bào)． 2021．第 29 卷第 36 期： 4245． [11] 李 俊，李 運(yùn)堂． 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