【正文】 Phantom尺寸比 大的多，抗風(fēng)性更好，還具有內(nèi)置 GPS導(dǎo)航功能，可以在戶外很大的范圍內(nèi)飛行。飛行器軟件設(shè)計(jì)主要是 MCU 通過硬件 I2C采用 400KHz的速率讀取 MPU6050的數(shù)據(jù)，并定時(shí)利用慣性測量單元（ IMU）姿態(tài)獲取技術(shù)，然后通過 PID電機(jī) 自動 控制算法，把 PID輸出量跟無線接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，最終通過輸出 PWM 來控制高速空心杯 直流有刷電機(jī)來實(shí)現(xiàn)各種飛行狀態(tài)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)軟件部分包括遙控器程序設(shè)計(jì)和飛行器程序設(shè)計(jì)。 電源電路設(shè)計(jì) 電源是任何電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，并且需要的是穩(wěn)定的電源，電源的是否穩(wěn)定影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定，因此，電源部分也是重點(diǎn)設(shè)計(jì)的部分。 NXP LPC1549引腳還有一種開關(guān)矩陣功能，為了 使 硬件電路設(shè)計(jì) 方便 ， 特有的功能。 因其封裝尺寸太小，并且是 QFN的封裝方式，焊接難度非常之大。 產(chǎn)品傳輸可透過最高至 400kHz的 IC。 圖 39 MPU6050工作時(shí) I2C協(xié)議時(shí)序圖 圖 310 I2C協(xié)議時(shí)序圖 如圖 310 所示 MPU6050 工作時(shí)的時(shí)序圖。 ● 軟件兼容 CH341，可以直接使用 CH341的驅(qū)動程序。 （ 2） 在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，在一般情況下不允許元件重疊 ；元件排列要緊湊，元件在整個(gè)版面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。如元器件、外框、需要私印的層面是否合理。 （ 3） 放置小的元器件。快易購指出 PCB尺寸過大時(shí)，印刷線條長，阻抗增加，抗燥能力下降，成本也增加；過小時(shí)，散熱不好，且臨近線條容易受干擾。本次設(shè)計(jì)采用雙層電路板印制，遙控器和飛行器均不加外殼，直接 使用 PCB板作為支架外形， 焊接上元器件 直接 可以 使用 。 ● 硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率 50bps～ 2Mbps。此時(shí) 任何被尋址的器件都被認(rèn)為是從機(jī)。2g、177。如果 CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果 CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。 MCU最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 34 所示。從該模塊還 能看 出 電源輸出的有 。 本次設(shè)計(jì)之所以選用 MPU6050作為 姿態(tài)傳感器作為慣性測量單元，是因其具有跟 MCU 之間進(jìn)行 I2C 數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率為 400KHz，通信協(xié)議簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)原理 本次設(shè)計(jì)硬件部分主要包括遙控器和飛行器兩大部分，主控芯片均采用 32位基于 ARM Cortex3的 NXP LPC1549處理器，遙控器和飛行器之間通信采用 民用無線通信頻段的 NRF24L01模塊，模塊與 MCU之間通過硬件 SPI采用 1MHz的速率通信。當(dāng)時(shí) ，在 的引領(lǐng)下，全球范圍內(nèi)都有一股將四旋翼商業(yè)化的熱潮 ， DJI只是眾多小四旋翼公司中稍微出眾的一個(gè)。接著人們再花了若干年的時(shí) 間理解多旋翼飛行器的非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，給它建模、設(shè)計(jì)控制算法、實(shí)現(xiàn)控制算法。 Aircraft end carrying a 3axis accelerometer and integrating threeaxis gyro MPU6050 inertial measurement unit as a gesture of Euler angle measurement unit,MPU6050 aircraft between the MCU municates through the I2C Protocol with400Hz frequency。 關(guān)鍵詞 四軸飛行器； PID自動控制； MPU6050； PWM II ABSTRACT Fouraxis aircraft equipped with VTOL (Vertical TakeOff and Landing, vertical take off and landing) aircraft with all the advantages, and UAV39。 20世紀(jì) 90年代之后，隨著微機(jī)電系統(tǒng)（ MEMS）研究的成熟，幾克重的 MEMS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)被制作了出來，使得多旋翼飛行器的自動控制器可以制作了。 在國內(nèi)，四軸飛行器發(fā)展于深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公 (DJInnovations，簡稱DJI)，早年 DJI專注在直升機(jī)自動控制器上。 系統(tǒng)采用遙控器無線控制，遙控器端主控芯片采集 AD 值和按鍵動作信號，通過NRF24L01 無線傳輸給飛行器，飛行器端的 NRF24L01 接收到信號之后主控器進(jìn)行信號收集，飛行器在接收無線信號的同時(shí)，還要接收自身姿態(tài)傳感器 MPU6050讀出來的值，通過四元數(shù)濾波算法， PID 控制算法，得到姿態(tài)角度值，最終把自身的數(shù)據(jù)和無線接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理傳送給飛行器四個(gè)電機(jī)的 PWM 控制I/O口，從而使得飛行器在保持平穩(wěn)的狀態(tài)下被遙控器控制，以此來達(dá)到遙控的目的。 3. 通信模塊 通信模塊在 整個(gè)系統(tǒng)中起著信號交流的作用，遙控器通過 MCU 讀取的按鍵信息以及油門方向值發(fā)送到飛行器端，飛行器端接收到之后做出相應(yīng)的動作。 由圖 31可以清晰 看出，遙控器供電有兩種供電方式，一 種 是 采用 供電，第二種 是通過 Micro USB 電源線 供電 。程序調(diào)試跟下載通過 JLINK仿真器 SWD模式來進(jìn)行。 SPI模塊為了和外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，根據(jù)外設(shè)工作要求，其輸出串行同步時(shí)鐘極性和相位可以進(jìn)行配置，時(shí)鐘極性（ CPOL）對傳輸協(xié)議沒有重大的影響。1000與 177。 吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 I2C總線支持任何 IC 生產(chǎn)過程 （ NMOS和 CMOS 雙極性 ） ， 兩條線 串行數(shù)據(jù)（ SDA ） 和串行時(shí)鐘 （ SCL） 線在連接到總線的器件間傳遞信息 。本次設(shè)計(jì)選用的串口轉(zhuǎn) USB芯片是 CH340G芯片， CH340G具有以下特點(diǎn)： ● 全速 USB設(shè)備接口，兼容 USB ，外圍元器件只需要晶體和電容。當(dāng)使用 ， CH340芯片的 V3引腳應(yīng)該 與 VCC引腳相連接，同時(shí)輸入外部的 ，并且與 CH340芯片相連接的其它電路的工作電壓不能超過 。 PCB 設(shè)計(jì)步驟 1． 布局設(shè)計(jì) 在 PCB中，特殊的元器件是指高頻部分的關(guān)鍵元器件、電路中的核心元器件、易受干擾的元器件、帶高壓的元器件、發(fā)熱量大的元器件，以及一些異性元器件，這些特殊元器件的位置需要仔細(xì)分析，做帶布局合乎電路功能的 要求及生產(chǎn)的需求。而是要兼顧整體的美觀，兩者都比較完美的扳子，才能成為成功的產(chǎn)品。 PCB 外形 設(shè)計(jì) 經(jīng)過兩周的時(shí)間準(zhǔn)備硬件電路 模塊選擇 以及 PCB的設(shè)計(jì)，按照 最初的構(gòu)思 ，根據(jù)硬件設(shè)計(jì)框圖，最終 設(shè)計(jì)好遙控器和飛行器的 PCB電路版，本次設(shè)計(jì)將 采用制作 出 的電路版 作為 外 型尺寸不做外包裝。 （ 3） 重量超過 15G的 元器件 ，可用支架加以固定，然后焊接。 電路板面尺大于 200MM 乘 150MM 時(shí)，應(yīng)考慮電路板所能承受的機(jī)械強(qiáng)度。 22C 2222C 2310 uFC 211 0 4C 20GND1T X D2RX D3V 34D +5D 6XI7XO8CT S 9D SR 10RI 11D CD 12D T R 13RT S 14R 2 3 215V C C16U 7CH 3 4 0 GGNDGNDGNDCH 3 4 0 _ D +RX DV C C _ 3 . 3 VCH 3 4 0 _ D T X D132X 212 MH z 圖 313 CH340G電路原理圖 CH340G硬件電路圖如圖 313所示。本次所采用的電機(jī)是空心杯 820直流有刷電機(jī)，電機(jī)采用 ，驅(qū)動思路是這樣的，電機(jī)的一端接電源正級，負(fù)極端接 MOS 管， MOS 管通過飛行器 MCU 的 PWM 來控制它的開啟與關(guān)閉從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。5%或 177。 慣性測量單元的電路如圖 37所示。 NRF24L01具有以下特性： ●真正的 GFSK單收發(fā)芯片 ● 內(nèi)置鏈路層 ● 增強(qiáng)型 ShockBurstTM ● 自動應(yīng)答及自動重發(fā)功能 ● 地址及 CRC檢驗(yàn)功能 ● 數(shù)據(jù)傳輸率 1或 2Mbps ● SPI接口 數(shù)據(jù)速率 0~8Mbps ● 125個(gè)可選工作頻道 ● 很短的頻道切換時(shí)間可用于跳頻 ● 與 nRF 24XX系列完全兼容 吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 ● 可接受 5V電平的輸入 ● 20腳 QFN 44mm封裝 ● 極低的晶振要求 60ppm ● 低成本電感和雙面 PCB板 ● 工作電壓 ~ NRF24L01無線通信模塊的通信距離在不接天線時(shí)能達(dá)到 30M左右，跟 MCU之間采用 1MHz的 SPI通信協(xié)議進(jìn)行傳輸， 模塊與模塊之間采用 段通信， 其電路原理圖如圖 35所示。 本次設(shè)計(jì)所選用的空心杯直流有刷電機(jī)在工作 的時(shí)候，對電壓的影響非常大，所以要在保證能給電機(jī)供電的情況下還能有 ， 因此 本 次 設(shè)計(jì)采用 CAT6219作為 ，采用 CAT6219穩(wěn)壓芯片 是 因?yàn)樗哂幸韵聨讉€(gè)優(yōu)點(diǎn)： ? 很低的電壓差，能確保 ； ? 低噪聲低功耗設(shè)計(jì)； ? 電路極為簡單； ? 精度高紋波??； ? 低成本低噪聲。吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 3 章 系統(tǒng) 硬件電路設(shè)計(jì) Altium Designer Summer 09 簡介 Altium Designer是目前國內(nèi)最流行的通用 EDA軟件， Altium Designer Summer 09是 Altium公司在 2020年發(fā)布的版本，它將電路原理圖設(shè)計(jì)、 PCB版圖設(shè)計(jì)、電路仿真、 PLD 設(shè)計(jì)以及 FPGA 設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)用工具組合起來構(gòu)成 EDA 工作平臺，是第一個(gè)將 EDA軟件設(shè)計(jì)成基于 Windows 的普及型產(chǎn)品。 總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)采用 NXP LPC1549微控制器作為 MCU，并且均采用 作為電源為系統(tǒng)供電 ， 電池通過 CAT2829芯片穩(wěn)壓到 MCU以及外設(shè)供電，飛 行器供電比較特殊，其供電分為兩個(gè)部分 ： 一是 ，二是電池穩(wěn)壓到 。就像 iPhone重新定義了手機(jī)一樣，我們也可以毫不夸張地說 Phantom+GoPro重新定義了航拍，也重新定義了相機(jī)。作為一個(gè)高科技玩具，它的性能非常優(yōu)秀：輕便、靈活、安全、控制簡單，還能通過傳感器懸停，用 WIFI傳送相機(jī)圖像到手機(jī)上。 近年來，很多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)通過對四軸飛行器進(jìn)行動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)分析，建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，提出了各種控制算法，并設(shè)計(jì)了飛行控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證；加上傳感器技術(shù)和控制理論的 不斷發(fā)展，尤其是微電子和微機(jī)械技術(shù)的逐步成熟，使四軸飛行器的飛行控制成為了一個(gè)具有廣闊前景的研究課題。 畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的四軸飛行器 夏 純 吉 林 建 筑 大 學(xué) 2020年 6月 畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的四軸飛行器 學(xué) 生： 夏 純 指 導(dǎo) 教 師： 許 亮 專 業(yè)： 電子信息工程 所 在 單 位： 電氣與電子信息工程學(xué)院 答 辯 日 期： 2020 年 6月 目 錄 摘 要 .................................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................................... II 第 1章 緒論 .................................................................................................................... 1 論文研究背景及意義 ....................................................................................... 1 國內(nèi)外的發(fā)展情況 ........................................................................................... 2 本文主