最新基于stm32的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-25 05:43 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 算好的四元數(shù)的數(shù)據(jù)，獲取設(shè)備的姿態(tài)。DMP功能保存在主處理機(jī)的易失性內(nèi)存中，若需要使用DMP功能，則每次芯片上電后都需要初始化。DMP程序庫(kù)項(xiàng)目中提供的示例應(yīng)用程序中給出了更新映像和初始化 DMP 功能的一系列步驟。加載并啟用DMP功能的步驟包括：（1）通過函數(shù)dmp_load_motion_driver_firmware ()把 DMP 載入MPU內(nèi)存。（2）通過dmp_set_orientation ()函數(shù)更新定位矩（3）當(dāng)DMP檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)或撞擊時(shí)會(huì)觸發(fā)DMP回調(diào)功能。（4）通過函數(shù)dmp_enable_feature()啟用DMP功能。四旋翼飛行器運(yùn)用姿態(tài)解算計(jì)算出空間三軸歐拉角。MPU6050與MCU連接方式如圖24所示，陀螺儀采樣三軸角速度值，加速度傳感器采樣三軸加速度值，而磁力傳感器采樣得到三軸地磁場(chǎng)值，將陀螺儀、加速度傳感器、磁力傳感器采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定、濾波、校正后得到三軸歐拉角度，其中陀螺儀和加速度傳感器選用MPU6050芯片，采用IIC總線與主控板通信。圖24 無線通信NRF24L01 NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK 調(diào)制，集成NORDIC自家的Enhanced Short Burst協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無線通信。無線通信速度最高可達(dá)到2Mbps。 NRF24L01采用SPI通信，可以很方便的連接到MCU上面。①，免許可證使用。②最高工作速率2Mbps，高校的GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)。 ③126個(gè)可選的頻道，滿足多點(diǎn)通信和調(diào)頻通信的需要。④內(nèi)置CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信地址控制。⑤可設(shè)置自動(dòng)應(yīng)答，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。NRF24L01模塊介紹 圖25CE：模式控制線。在 CSN為低的情況下，CE 協(xié)同CONFIG 寄存器共同決定NRF24L01 的狀態(tài)（參照NRF24L01 的狀態(tài)機(jī)） CSN：SPI片選線SCK：SPI時(shí)鐘線MOSI：SPI數(shù)據(jù)線(主機(jī)輸出，從機(jī)輸入)MISO：SPI數(shù)據(jù)線(主機(jī)輸入，從機(jī)輸出) IRQ：中斷信號(hào)線。中斷時(shí)變?yōu)榈碗娖?，在以下三種情況變低：Tx FIFO 發(fā)完并且收到ACK（使能ACK情況下）、Rx FIFO 收到數(shù)據(jù)、達(dá)到最大重發(fā)次數(shù)。 第三章 原理分析與硬件電路圖 飛行器空氣動(dòng)力學(xué)分析四旋翼對(duì)稱分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，四個(gè)電機(jī)對(duì)稱的安裝在飛行器的支架端，支架中間空間安放飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。結(jié)構(gòu)形式如圖 。圖31四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變旋翼轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂直升降機(jī)，但只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。四旋翼飛行器的電機(jī) 1和電機(jī) 3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī) 2和電機(jī) 4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。圖 32在圖32中，電機(jī) 1和電機(jī) 3作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī) 2和電機(jī) 4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，規(guī)定沿 x軸正方向運(yùn)動(dòng)稱為向前運(yùn)動(dòng)，箭頭在旋翼的運(yùn)動(dòng)平面上方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，在下方表示此電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降。俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖（b）中，電機(jī) 1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 3 的轉(zhuǎn)速下降（改變量大小應(yīng)相等），電機(jī) 電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞 y 軸旋轉(zhuǎn)，同理，當(dāng)電機(jī) 1 的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī) 3的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。（3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖 b 的原理相同，在圖 c 中，改變電機(jī) 2和電機(jī) 4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī) 3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞 x 軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。（4）偏航運(yùn)動(dòng)：旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)過程中由于空氣阻力作用會(huì)形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉(zhuǎn)，兩個(gè)反轉(zhuǎn)，且對(duì)角線上的各個(gè)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。當(dāng)電機(jī) 2 和電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速下降時(shí)，機(jī)身便在富余反扭矩的作用下繞 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)飛行器的偏航運(yùn)動(dòng)。（5）前后運(yùn)動(dòng)：要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。在圖 e中，增加電機(jī) 3轉(zhuǎn)速，使拉力增大，相應(yīng)減小電機(jī) 1轉(zhuǎn)速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，反扭矩仍然要保持平衡。飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。（6）傾向運(yùn)動(dòng)：在圖 f 中，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，所以傾向飛行的工作
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