【正文】 .......................... 9 WIFI 模塊 ..................................................... 9 系 統(tǒng)硬件概述 ................................................... 10 方案選擇 ....................................................... 11 方案設(shè)計 ..................................................... 11 方案比較 ..................................................... 11 硬件平臺總體設(shè)計 ............................................... 12 電機控制電路 ................................................. 12 MPU6050+ HMC5883 九軸數(shù)據(jù)采集 ................................ 12 WIFI 無線通信電路 ............................................ 13 電源電路 ..................................................... 13 第三章 四旋翼無人飛行器系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................ 15 四旋翼飛行器系統(tǒng)飛控軟件設(shè)計 ................................... 15 四旋翼飛行器運動分析 ......................................... 15 四旋翼飛行器數(shù)學(xué)建模 ......................................... 15 自主飛行控制算法的設(shè)計 ....................................... 16 程序流程圖 ................................................... 17 基于 Labview 上位機軟件設(shè)計 ..................................... 17 Labview 介紹 ................................................. 17 基于 Labview 上位機結(jié)構(gòu)介紹 ................................... 18 第四章 硬件電路制作和調(diào)試 .......................................... 23 硬件電路的制作 ................................................. 23 硬件調(diào)試 ....................................................... 24 軟件調(diào)試 ....................................................... 24 飛控軟件調(diào)試 ................................................. 24 上位機軟件調(diào)試 ............................................... 24 第 5 章 總結(jié) ....................................................... 26 參考文獻： ......................................................... 27 致謝 ............................................................... 28 1 基于 DSP的四旋翼無人飛行器設(shè)計 XXX XX 大學(xué)電子信息工程學(xué)院，重慶 400715 摘要： 本文以四旋翼飛行器為研究對象，以 TMS320F28335 為核心，搭建飛行器硬件平臺，實現(xiàn)四旋翼飛器的姿態(tài)控制。 四旋翼飛行器技術(shù)發(fā)展歷史 四旋翼飛行器的設(shè)計有兩個階段。在法國 Douai 首次試飛，載人飛行高度 米。旋翼無人機在許多方面要優(yōu)于固定翼 飛行器：具有更高的自由度、低速飛行的能力、懸停、室內(nèi)應(yīng)用等。采用選配的GPS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)空間位置鎖定 與自動航點導(dǎo)航功能，還可以選擇以 microSD 卡作為記錄器的飛行記錄儀來實時記錄和分析飛行數(shù)據(jù)，所有重要的飛行數(shù)據(jù)都可以下載到數(shù)據(jù)中心，包括電池狀態(tài)、高度、姿態(tài)、位置、飛行時間等，用于航后的數(shù)據(jù)分析。國外的四旋翼因擁有悠久的科學(xué)文化歷史和研發(fā)團體機構(gòu)，加快了多旋翼飛行器發(fā)展。因此，研制更輕、更高效的動力與能源裝置是進一步微小型化四旋翼飛行器的關(guān)鍵。建立四旋翼數(shù)學(xué)模型時 ，還必須深入研究和解決低雷諾數(shù)條件下旋翼空氣動力學(xué)問題。 論文內(nèi)容安排 本文以四旋翼無人飛行器系統(tǒng)為主體，分別從硬件和軟件對整個設(shè)計方案詳 5 細(xì)介紹。最后通過PID 算法等數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)飛控器的姿態(tài)控制用以達到四旋翼的懸浮等操作，設(shè)計中充分運用了 TMS320F28335 強大的浮點運算能力得以實現(xiàn)。 感測范圍： MPU6000（ 6050）的角速度全格感測范圍為177。 8g 與177。 MPU6000 的包裝尺寸(QFN)，在業(yè)界是革命性的尺寸。 1000 與177。 移除加速器與陀螺儀軸間敏感度，降低設(shè)定給予的影響與感測器的飄移。 5% 陀螺儀運作電流： 5mA，陀螺儀待命電流： 5amp。使用者親自測試 10,000g 碰撞容忍度為可攜式產(chǎn)品量身訂作的最小最薄包裝 ( QFN)符合 RoHS 及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn) [7]。 表 21 芯片參數(shù)說明： The table 21 shows the parameters of chip： 磁場范圍 滿量程（ FS） 全部 施加磁場（典型） 8 +8 高斯（ gauss） 磁場動態(tài) 3bit 增量控制 177。 2% %FS/Gauss 輸出速率 持續(xù)測量模式 單一測量模式 75 160 Hz Hz 開關(guān)時間 I2C 指令等待 200 us 測量周期 從接收指令到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 6 ms 增益公差 所有增益 /動態(tài)范圍設(shè)置 177。 BMP085 的低功耗、低電壓的電學(xué)特性使 它可以很好的適用于手機、 PDA、 GPS 9 導(dǎo)航器件以及戶外裝備上。 運作在寬輸入電壓范圍，提供了高效的 PTN78000，設(shè)置使用一個外部電阻器降壓電壓轉(zhuǎn)換為高達 的輸出電壓的負(fù)載。 USRWIFI232T 是一款集成了所有 WIFI 功能的小巧模塊，尺寸僅 22mm x x 6mm。 圖 23：系統(tǒng)樣式 Figure 23: System style 11 方案選擇 方案設(shè)計 根據(jù)設(shè)計題目基于 DSP 的四旋翼無人飛行系統(tǒng)的設(shè)計可知，系統(tǒng)采用的是DSP 為控制器件，通過其強大的浮點運算單元，可快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費過多的時間和精力，與前代 DSP 相比，平均性能提高 50%。再結(jié)合電子羅盤和氣壓計傳感器得到的數(shù)據(jù)再進一步融合就得到了飛行器的實時姿態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作方式主要是，對傳感器進行快速數(shù)據(jù)采集，將采集得到的數(shù)據(jù)輸入到 DSP 中，通過對數(shù)據(jù)融合濾波等處理后進行 PID 算法實時控制飛行器姿態(tài)，同時和上位機保持?jǐn)?shù)據(jù)通信，是的上位機能搞實時采集飛行器的數(shù)據(jù)以 及對飛行器進行姿態(tài)控制。 在慣性導(dǎo)航算法中，導(dǎo)航參數(shù)會隨著傳感器的測量誤差積累而發(fā)散，因而不能長時間自主飛行，故選用霍尼韋爾公司的三軸式數(shù)字羅盤 HMC5883 校準(zhǔn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)。通訊方式采用的是異步串行通信，支持全雙工串行通信，通過編程可以將 8位字節(jié)數(shù)據(jù)寫入 UART 中， UART 自動將改接的 8位二進制數(shù)變成串行數(shù)據(jù)，在不同時刻從 TXD 引腳輸出發(fā)送；同時對于不同時刻從引腳 RXD 輸入的串行數(shù)據(jù)， UART 自動變換成字節(jié)，可以編程讀取后進行處理。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導(dǎo)致其動力不穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期確保穩(wěn)定的控制方法。 LabVIEW 軟件是 NI 設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的 數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它可以增強你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。TCP/IP 定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。 飛行器 3D動態(tài)顯示程序： 21 圖 37 3D 姿態(tài)顯示 Figure 37 3DAttitude display 5） 數(shù)據(jù)編碼和控制按鍵 利用之前的發(fā)送接收協(xié)議，直接對上位機輸出進行賦值發(fā)送，使得下位機接受上位機發(fā)送信號。 （ 2）二極管的焊接 二極管焊接要注意以下幾點：第一，注意陽極陰極的極性，不能裝錯；第二，型號標(biāo)記要易看可見；第三，焊接立式二極管時，對最短引線焊接時間不能超過 2S 。 2）將電路中的電源線布置在通用板的四周，這樣使用電源很方便，減少干擾，同時可以減少短路故障發(fā)生的可能。 同時上位機可以實時發(fā)送控制數(shù)據(jù)，控制飛行器飛行姿態(tài)。 27 參考文獻 ： [1] 聶博文 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