【文章內(nèi)容簡介】 D A T A A C K D A T A A C KP 圖 37 完整的 I2C數(shù)據(jù)傳輸 Complete I2C data transfer 如果要寫 MPU6050 寄存器，處理器除了發(fā)出開始標志（ S） 和地址位， 還要加一個 R/W位， 0為寫， 1為讀。在第九個時鐘周期（高電平）時， MPU6050 產(chǎn)生應(yīng)答信號。然后處理器開始傳送寄存器地址，接到應(yīng)答后，開始傳送寄存器數(shù)據(jù)，然后仍然要有應(yīng)答信號，以此類推。 如果要讀取 MPU6050 寄存器的值，首先由處理器產(chǎn)生開始信號（ S），然后發(fā)送 MPU6050 的地址位和一個寫數(shù)據(jù)位，然后發(fā)送寄存器地址，才能開始讀寄存器。緊接著，收到應(yīng)答信號后，處理器再發(fā)一個開始信號，然后發(fā)送 MPU6050 地址位和一個讀數(shù)據(jù)位。然后，作為從設(shè)備的 MPU6050 產(chǎn)生應(yīng)答信號并開始發(fā)送寄存器數(shù)據(jù)。通信以處理器 產(chǎn)生的拒絕應(yīng)答信號（ NACK）和結(jié)束標志（ P）結(jié)束。拒絕應(yīng)答信號（ NACK）產(chǎn)生定義為 SDA 數(shù)據(jù)在第 9 個時鐘周期一直為高。 數(shù)字羅盤模塊 霍尼韋爾 HMC5883L 是 一種表面貼裝的高集成模塊 ， 并帶有數(shù)字接口的弱磁傳感器芯片 ， 應(yīng)用于低成本羅盤和磁場檢測領(lǐng)域。 HMC5883L 包括最先進的高分辨率 HMC118X 系列磁阻傳感器 ， 并附帶霍尼韋爾專利的集成電路包括放大器、自動消磁驅(qū)動器、偏差校準、能使羅盤精度控制在 1176。 ~2176。的 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 和 簡易的 I2C 系列總線接口。 HMC5883L 廣泛應(yīng)用于 手機、筆記本電 腦、消費類電子、汽車導航系統(tǒng)和個人導航系統(tǒng)。 原理圖如圖38。 在慣性導航算法中，導航參數(shù)會隨著傳感器的測量誤差積累和發(fā)散，因而不能滿足長時間自主飛行的需要，故選用霍尼韋爾公司的三周是數(shù)字羅盤 HMC5883L 對慣性導航系統(tǒng)進行姿態(tài)校準。它的工作電壓時 5V，采用 USART 協(xié)議通信，通過轉(zhuǎn)換電路之后可以和 STM32的 SCI 口通信，并且自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換，以便于微處理器直接通信。在實際測試中發(fā)現(xiàn)，電機遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 旋轉(zhuǎn) 會對 數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，故暫時不加入數(shù)字羅盤的數(shù)據(jù)。 SETP8SETC12C110NC13NC25NC36NC47NC514VDD2VDD_IO13S14SCL1SDA16DRDY15GND19GND211U2HMC5883LC3CapC4CapGNDVCC2K2R2Res22K2R3Res2GNDSCL_SENSORSDA_SENSOR 38 數(shù)字羅盤模塊 Digital pass module 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是四旋翼無人飛行器和控制中心之間通信的橋梁。本設(shè)計選用NORDIC公司生產(chǎn)的 NRF24L01芯片。 NRF24L01 是一款工作在 ~ 世界通用 ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片 。 無線收發(fā)器包括 : 頻率發(fā)生器 、 增強型 SchockBurst?模式控制器 、 功率放大器 、 晶體振蕩器 、 調(diào)制器 、 解調(diào)器 ， 輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過 SPI 接口進行設(shè)置 。 CE1CSN2SCK3MOSI4MISO5IRQ6VDD17VSS18XC29XC110VDD_PA11ANT112ANT213VSS214VDD215IREF16VSS317VDD318DVDD19VSS420U6NRF24L01VCCGND12Y2XTALGND22pFC2522pFC30GNDVCC33nFC2322KR16GNDGNDC31CapC26CapC28CapC27CapL2InductorL4InductorL3InductorGND GNDGNDC24CapGNDC29CapGND12T1 TPGND1MR17Res2c24,c29,c31 無，不上ANT 天線C33Cap 圖 39 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 Wireless data transmission module 王賓： 微型四旋翼控制系統(tǒng) 14 極低的電流消耗當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為 6dBm 時電流消耗為 接收模式時為 。 掉電模式和待機模式下電流消耗更低 。 本系統(tǒng)通過無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù) ， 無線遙控器接收數(shù)據(jù)并傳送至電腦上位機。通過上位機 ， 可以實時地顯示四旋翼的姿態(tài) ， 并可通過上位機控制飛行器的飛行。原理圖如圖 39。 NRF24L01 模塊與處理器通過 SPI 接口進行通訊， SPI 為四線同步串行接口，兩個控制線，兩個數(shù)據(jù)線。其中，串行時鐘輸出（ SCLK） 、數(shù)據(jù)輸出（ SDO）和數(shù)據(jù)輸入（ SDI）三條線 為所有設(shè)備共享。主設(shè)備為每個從設(shè)備分配一個獨立的片選（ CS）（本系統(tǒng)僅 NRF24L01為 SPI 設(shè)備）；傳輸開始后 CS為低，傳輸結(jié)束 CS又變?yōu)楦?。?NRF24L01 沒有被片選信號啟動時，它的數(shù)據(jù)輸出線（ SDO）保持為高阻態(tài)。 SPI 傳輸特點： 1） 數(shù)據(jù)的最高位（ MSB）先傳，最低位（ LSB）后傳 2） 數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的上升沿捕獲 3） 數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK）的下降沿轉(zhuǎn)換 4） 最大時鐘頻率為 1MHz 5） SPI的每次讀 /寫操作需要 16 個時鐘周期或更多。傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)為 SPI 地址，第二個字節(jié)為 SPI 數(shù)據(jù)。首字節(jié)的第一位為讀 /寫 位， 0 為寫， 1 為讀，后面 7 個位為寄存器地址。如果要發(fā)送多個字節(jié)，連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)位即可。 SPI 讀寫操作時序圖如下： 圖 310 SPI讀操作 SPI read operation 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 311 SPI寫操作 SPI write operation 電機驅(qū)動模塊 本設(shè)計 采用 PWM 控制直流電機的轉(zhuǎn)速。微型四旋翼飛行器的動力系統(tǒng)由電機和旋翼組成。電機選用直接為 7mm 的空心杯電機。直流電機是功率器件，需要很大的驅(qū)動電流，控制器的驅(qū)動能力有限，因此必須選用專門的驅(qū)動芯片。本 設(shè)計選用 N溝道場效應(yīng)管 SI2302來控制和驅(qū)動直流電機，它具有較大的漏極電流，最大能通過 的電流 。由于飛行器的電機在轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生比較大的沖擊電流，所以加二極管 D D3 給電機的反電動勢提供放電回路（圖 312）。下拉電阻 R4防止上電時電機轉(zhuǎn)動。 Q1NMOS210KR4Res2GNDD1D3C1CapPWM_UPBAT12J1MOTOR 圖 312 電機驅(qū)動模塊 driver module of electric motor 電源模塊 穩(wěn)壓芯片采用低壓差線性穩(wěn)壓器 SP6205， 此芯片噪聲低 ， 紋波小 ， 電路簡單。本系統(tǒng)采用 動力電池提供電源， 兩路 電壓 輸出 ， 一路供主控芯片 ， 一路供陀螺儀輸出 ，兩路電源相互隔離 ， 防止陀螺儀的數(shù)據(jù)被干擾。原理圖如圖 313。 王賓： 微型四旋翼控制系統(tǒng) 16 VIN1GND2EN3BYP4VOUT5U4SP6205BAT10uHL1Inductor47uFBC1GND GND GND GND GNDC11CapGND GND47uFBC2C12CapC13CapC14CapC15CapVCCGND GND GNDC16CapC17CapC18Cap主控芯片電源輸出VIN1GND2EN3BYP4VOUT5U5SP6205GNDGND100KR12Res2100KR14Res2GNDBAT_ADGNDC20CapGND10uFC21CapGNDC22CapVDD陀螺儀電源輸出 圖 313 電源模塊 power module 充電模塊 充電電路采用 TP4056 芯片 ， 此芯片是一款完整的單節(jié)鋰離子電池 線性充電器 。其底部帶有散熱片的 DOP8/MSOP8 封裝與較少的外部引腳數(shù)目使得 TP4056 成為便攜式應(yīng)用的理想選擇。 TP4056 可以適合 USB 電源和適配器電源工作。由于采用了內(nèi)部 PMOSFET 架構(gòu) ， 加上防倒充電路 ， 所以不需要外部隔離二極管。熱反饋可對充電電流進行自動調(diào)節(jié) ， 以 便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制。 充電電壓固定于 ， 而充電電流可通過一個電阻器進行外部設(shè)置。當充電電流在達到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值 1/10 時 ， TP4056 將自動終止充電循環(huán)。當輸入電壓（交流適配器或 USB 電源）被拿掉時 ， TP4056 自動進入一個低電流狀態(tài) ， 將電池漏電流降至2uA 以下。 TP4056 在有電源時也可置于停機模式 ， 從 而將供電電流降至 55uA。 TP4056 的其他特點包括電池溫度檢測、欠壓閉鎖、自動再充電和兩個用于指示充電、結(jié)束的 LED狀態(tài)引腳。 原理圖如圖 314。 T E M P1P R O G2G N D3V C C4B A T5S T D B Y J6C H R G J7C E8H E A T _ P A D9U 7T P 4 0 5 6G N DG N D1 K 2R 1 9R e s 20 . 1 u FC 3 2C a pG N DG N DD 1 1L E D _ B L U E1 K 2R 1 8R e s 2+ 5D 1 0D i o d e4 7 u FB C 3C a p P o l 1G N DNC1COM2EXT3INT4J 6 S W 4B A T12J 7L I _ B A T _ 2 P I NG N DB A T _ I NG N D 圖 314 充電模塊 charger module 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 電池 本設(shè)計的電池選用的是飛行航模專用的動力電池，可以提供足夠的電流來保證飛行器的飛行，參數(shù)如下： 電量： 400mAh 電池電壓： 放電倍率： 25C 充電終止電壓： 放電終止電壓： 尺寸： 39mm ? 重量： 11g 放電倍率指的是放電電流，以電池容量的倍數(shù)計算，此電池的 最大 放電電流可根據(jù)下面的公式計 算： 400mAh ? 25C = 10A，足以滿足飛行器飛行需要。 無線遙控器 V B A TP C 1 3P C 1 4P C 1 5O S C _ I NO S C _ O U TN R S TG N DV D D AP A 0P A 1P A 2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1BOOT1PB10PB11GND+3.3V+ 3 . 3 VG N DJ T A G _ T M SU S B _ D PU S B _ D MU 1 _ R XU 1 _ T XP A 8P B 1 2P B 1 3P B 1 4P B 1 5JTAG_TCKJTAG_TDIJTAG_TDOJTAG_NTRSTPB5PB6PB7BOOT0PB8PB9GND+3.3V12Y 23 2 . 7 6 8 K H z1 0 P FC 31 0 P FC 4G N D12Y 18 M2 2 P FC 12 2 P FC 2G N DD 21 KR 9G N D0 RR 7+ 3 . 3 VB 1B a t t e r yG N DG N D1 0 KR 61 u FC 5+ 3 . 3 VK 1K E Y 21 0 m HL 1G N D0 . 1 u FC 9+ 3 . 3 VV B A T1P C 1 3 /