【正文】 ??(τ)為控制量；??(τ)為被控量與設定值 ??(τ)的偏差。 //中斷優(yōu)先級組別設置 SysTick_Configuration()。 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 22 5 系統(tǒng)設計軟件部分設計 5. 1 程序設計 總論 系統(tǒng)采用模塊化結構設計， 使用 Keil MDKARM 開發(fā)環(huán)境， 使得系統(tǒng)功能組態(tài)更加方便。反扭矩的大小與旋翼轉速有關，當四個電機轉速相同時，四個旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡， 四旋翼 飛行器不發(fā)生轉動；當四個電機轉速不完全相同時，不平衡的反扭矩會引起四旋翼飛行器轉動。 基于攝像頭循跡的四旋翼飛行器設計 14 3. 3 四旋翼 飛行器上總的力和力矩 因為在 四旋翼 各旋翼 間 相互干擾方面缺乏資料參 照 ，還需做 更深層次 的研 究 ，所以暫時只能單獨考慮 多 旋翼與機身 間 的作用，計算出 四旋翼 飛行器受到的 力矩 和 總力 ： xGx s hx s jx s jx s jx s j FFFFFFF ??????? 4321x （ 32） yGy s hy s jy s jy s jy s jy FFFFFFF ??????? 4321 （ 33） zGzshzsjzsjzsjzsj FFFFFFF ??????? 4321z （ 34） x s hx s jx s jx s jx s j MMMMMM ?????? 4321x （ 35） y s hy s jy s jy s jy s j MMMMMM ?????? 4321y （ 36） z s hz s jz s jz s jz s j MMMMMM ?????? 4321z （ 37） 式中 FxG、 FyG、 FzG為重力在 四旋翼飛行器 機體軸上的分量，其中： ?sinx ??? GF G （ 38） ?? c o sc o sy ???? GF G （ 39） ?? s inc o sz ??? GF G （ 310） 機體坐標系的原點在 四旋翼飛行器的 重心，因此： 0?GM 。 方案二： 紅外傳感器測距 。選用型號是 OV7725 數(shù)字 CMOS 攝像頭。 2. 3 飛行 控制模塊的論證與選擇 方 案一： 領航者 飛控模塊。四旋翼飛行器的 飛行控制 器通過讀取 陀螺儀 檢測 傳感器 采集的 數(shù)據(jù)進行處理 ，并 依據(jù) 四旋翼飛行器 當前姿態(tài) 進行反饋控制，即可以使得 四旋翼飛行器 保持 穩(wěn)定的飛行 。 脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式 ，利用 高分辨率計數(shù)器 改變 方波的占空比被調(diào)制用來對一個 模擬信號的 具體電平編碼。 小結 本章首先 介紹 課題的選題背景，之后介紹了國內(nèi)外 四旋翼 飛行器的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀， 隨后介紹了飛行器的主要生產(chǎn)公司， 最后指出了本文的研究目的、方法 及研究的重點內(nèi)容。 四旋翼飛行器的主要生產(chǎn)公司 國際上比較知名的 四旋翼 飛行器公司有中國大疆公司、法國 Parrot 公司、德國AscTec 公司和美國 3D Robotics 公司。 目前 設計出兩種機型 ， 即共軸雙旋翼和單旋翼 ,都 沒有尾漿 調(diào)向 。 例如在 災害中，通過攜帶 指 定 的 檢測模塊，四旋翼飛行器可以 探 測有害物質的濃度、 災害 周圍 的溫濕度以及危險物的大致范圍，能夠實時 回傳 數(shù)據(jù)， 便于指揮人員對災害情況的掌握 。 關鍵詞 ：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 .................................................................................................................. 4 2 系統(tǒng)總體設計方案 ............................................................................................... 5 2. 1 驅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 ............................................................................................................... 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 ....................................................................... 12 3. 3 四旋翼飛行 器上總的力和力矩 ................................................................... 14 3. 4 四旋翼飛行器力學控制原理 ....................................................................... 14 3. 5 小結 ............................................................................................................... 18 4 硬件電路部分設計 ............................................................................................. 19 4. 1 系統(tǒng)硬件總體設計 ....................