【正文】 I2c_Soft_Init()。這種分層的結(jié)構(gòu)使得對 MDK5 的更新和維護更簡單，對我們開發(fā)來說效率也提高不少，因為它提供了很大軟件 包供我們調(diào)用?；境绦蚰K有超聲波測距模塊、電機控制程序、攝像頭 采集圖像處理 程序、無線通訊 程序等，各個模塊能夠獨立地實現(xiàn)各部分功能。 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 19 4 硬件電路部分設計 4. 1 系統(tǒng) 硬件 總體 設計 系統(tǒng)包括 Freescale Kinites60 處理器的 最小系統(tǒng) 板和 STM32 為核心的飛控，其中Freescale Kinites60 處理器 處理攝像頭圖像信息，分析出地面的路徑信息， 完成飛行的導航控制算法，它需要外接 OV7725 攝像頭模塊； STM32 飛控器完成飛行控制算法，需要外接超聲波測距模塊和電機驅(qū)動模塊，系統(tǒng)總體 工作 框圖如圖 41 所示。在圖37 中，當電機 1 和電機 3 的轉(zhuǎn)速上升， 電機 2 和電機 4 的轉(zhuǎn)速下降時，旋翼 1 和旋翼3 對機身 的反扭矩大于旋翼 2 旋翼 4 對機身的反扭矩，機身便在 多余的 反扭矩的作用下繞 z 軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)飛行器的偏航運動，轉(zhuǎn)向與電機 電機 3 的轉(zhuǎn)向相反。 四旋翼 的滾轉(zhuǎn)運動 滾轉(zhuǎn)運動與俯仰運動相同。 3. 4 四旋翼 飛行器力學控制原理 圖 33 四旋翼 受力模型 四旋翼 飛行器是通過四個 旋翼 產(chǎn)生的 總 力和力矩來實現(xiàn) 四旋翼 飛行器的飛行及整個 飛行 姿態(tài)控制的，整個 四旋翼 飛行器可以 假設 成如圖 33 模型所示。 3)因為不存在變矩作用，所以 四旋翼的 槳葉揮舞角不 會 隨 著 方位角的變化而變化，其運動可以 用數(shù)學公式 描述為： iik ?? ??i ， i? — 四旋翼 飛行器懸停時第 i個旋翼的揮舞角； i— 旋翼編號， i=Ⅰ ， Ⅱ ， Ⅲ ， Ⅳ 。 紅外反射式傳感器測距是 紅外線發(fā) 射 管發(fā)射 紅外線然后通過紅外線接收管 測量回波時間，光速 *時間＝距離。 二 、 將攝像頭的對比度設置成了最高，高對比度可以使軌跡信息的與白色的地面更清晰的區(qū)別開來，方便后續(xù)圖像處理 。 OV7725 是一個集成模塊，是 1/3CMOS 彩色 /黑白圖像傳感器， VGA 和 QVGA 是 兩種不同的 圖像格式；最高 輸出 像素為 664*492，幀速率為 50fps；數(shù)據(jù) 處理 格式包括 YCrCb， YUV， RGB 三種。 1)成本高； 2)功耗高，需 12V供電 表 22 CMOS 數(shù)字攝像頭的優(yōu)缺點 優(yōu)點 缺 點 1)體積小，重量輕，功耗低 ； 2)內(nèi)部集成 A/D，電路要求簡 單，方便系統(tǒng)小型化； 3)平均成本低 ,便于推廣。匿名科創(chuàng) ANOTC的領(lǐng)航 者飛控模塊 能 提供完全開源的飛控工程源 代 碼，飛行效果好 ， 方便 調(diào)試及后期增加功能 。對于需要高速傳輸?shù)?系統(tǒng) ，對 數(shù)據(jù) 的讀取和中斷可用 20MHz的 SPI。 因為在測量過程中 陀螺儀檢測傳感器 受到 溫 度變化 的影響，導致測得的姿態(tài)信息并不 十分 精確 ， 對測得的數(shù)據(jù)經(jīng)行再次的濾波就顯得尤為重要。 因為 四旋翼飛行器 所使用的 電池容量較小，以及四旋翼飛行器的升力和 負載能力有限，所以，減輕導航 姿態(tài)測量 系統(tǒng)所用傳感器的 質(zhì) 量 、 體積 ，就顯得基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 7 十分 重要。 但 PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的 所有時刻， 全 幅值的直流供電不是 完全 導通 ， 就是 完全 截止，不存在第三種狀態(tài) 。 綜合以上 比較論證 ， 為 保證 四旋翼飛行器 穩(wěn)定可靠 的飛行 ，本系統(tǒng)采用 方案 二 。 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 5 2 系統(tǒng) 總體設計 方案 本設計主要采用 ST公司生產(chǎn)的 STM32F407作為系統(tǒng)的主處理器。無線通信模塊接收遙控器傳來的控制信號，而后將控制信息傳遞給控制器模塊。 深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司 (DJIInnovations，簡稱 DJI)，成立于 20xx 年，是全球領(lǐng)先的無人飛行器控制系統(tǒng)及無人機解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商，客戶遍布全球 40 多個國家。NISHANT 飛行器系統(tǒng) 主要 包括飛行器、 遙控臺 和發(fā)射架。技術(shù)參數(shù) 為： 重 300g， 旋翼直徑 ，可負載重量為 100g， 具有三 個 軸向穩(wěn)定 調(diào)節(jié) 、 全球定位系統(tǒng) 和 120min 續(xù)航 時長 [10]。 美國研制四旋翼飛行器的現(xiàn)狀 微型飛行器 是由 DARPA 率先提出和啟動研制。 隨著 新型材料以及 制造業(yè)的 快速 發(fā)展，四旋翼飛行器 也 朝著 微型化 的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞 ：四旋翼 自主飛行器 ，單片機， 攝像頭 循跡， 超聲 波 ，無刷電機 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 II ABSTRACT The system intended to design and make a four rotor autonomous vehicle, and the intelligent model tracked its way by camera. At the same time, the tracking way had a black line on the white background. The project adopted the measure of modular structural design, including flight controlling module, driving module, power module, flight tracking and height detection system and so on. The design took Freescale Kinites60 MCU as data processing and controlling central, and the single ship effectively integrated various modules into a whole,of which the flight module put the STM32F407 as controlling core, in order to adjust autonomous vehicle’s flying attitude. However the flight tracking module took Freescale Kinites60 as core controller, which dealt with the image information collected by camera, then feedback path information to flight controlling module so that the four rotor autonomous vehicle could fly according to the black guiding line. The ultrasonic module got the information of the aircraft altitude and transformed the message to flight controlling module as to adjust flying attitude and met the design requirement. The tracking module, ultrasonic module and flight control module should maintain instant munication through the serial port, then the flight controlling module controlled ESC to drive four brushless motor and pleted autonomous stable flight by the realtime feedback information. Key words: four rotor autonomous vehicle, MCU, camera tracking, ultrasonic module, brushless motor 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 III 目錄 1 概論 .......................................................................................................................... 1 選題背景 .......................................................................................................... 1 國內(nèi)外飛行器的研究現(xiàn)狀 .............................................................................. 1 四旋翼飛行器的主要生產(chǎn)公司 ...................................................................... 3 本研究的目的和意 義 ...................................................................................... 3 小結(jié) .................................................................................................................. 4 2 系統(tǒng)總體設計方案 ............................................................................................... 5 2. 1 驅(qū)動模塊的論證與選擇 ................................................................................. 5 2. 2 傳感器模塊的選擇 ......................................................................................... 6 2. 2 電源模塊的論證與選擇 ................................................................................. 8 2. 3 飛行控制模塊的論證與選擇 ......................................................................... 8 2. 4 攝像頭模塊的論 證與選擇 ............................................................................. 8 2. 5 高度檢測系統(tǒng)的論證與選擇 ....................................................................... 10 2. 6 小結(jié) ............................................................................................................... 11 3 系統(tǒng)理論分析 ...................................................................................................... 12 3. 1 四旋翼飛行器的模型簡析 ........................................................................... 12 3. 2 四旋翼飛行器坐標系的建立 ..............................................