【正文】 //檢測(cè)24l01芯片 LED0_Set()。i 10000。uint16 YM_gas=0。}附錄2 飛行器主程序源代碼include uint8_t NRF_RXBuf[4] = {0}。 NRF_TXBuf[1] = (int8_t )roll 。 roll = (uint32_t)((float)(ADCValue[0][6] * 3000) / (float)40960/1 )。 ADC_Config *pAdc_config = amp。 //ADC0初始化 LPC_SWMPINENABLE0 |= (0x4f0UL)。 // 使能觸發(fā)/START啟動(dòng) pAdc_configseqa_low_prio = 0。 // 使能通道4,5,6,7,10 pAdc_configseqa_hwtrig = 0。 // 禁用10位模式 pAdc_configlpwr_mode = 1。adc_Config。 ~( 0xFF 8 )。 ucRegVal = LPC_SWMPINASSIGN0 amp。 GPIOSetDir(LED_PORT, LED1, 1)。 GPIOSetBitValue(LED_PORT,LED2, led_flag)。 // 檢測(cè)NRF24L01是否正常 GPIOSetBitValue(LED_PORT,LED1,LED_ON)。 // NRF24L01初始化 LPC1549_ADC_Config()。 SystemCoreClockUpdate()。 while (ulTime ) { for (i = 0。uint16 ADC_Send_Value(void)。extern volatile uint32_t ADCValue[2][ADC_NUM]。volatile uint32_t gas,roll,around,about。本論文的完成并非終點(diǎn)，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上一個(gè)個(gè)新的起點(diǎn)。在此，謹(jǐn)向許亮老師致以崇高的敬意和由衷的感謝。這段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握了許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，但同時(shí)遇到問(wèn)題也需要查閱書(shū)本得以解決，把書(shū)本上的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中來(lái)，學(xué)以致用，這樣才會(huì)更快的進(jìn)步。在調(diào)試的時(shí)候，也出現(xiàn)過(guò)很多問(wèn)題，其中遇到的第一個(gè)問(wèn)題就是當(dāng)飛行器電機(jī)轉(zhuǎn)速很高的時(shí)候芯片就會(huì)自動(dòng)復(fù)位，困擾了很久，最后通過(guò)與同學(xué)討論，最后找到問(wèn)題的所在了，原來(lái)是因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，需要在電路中連接一個(gè)電感去掉電磁干擾，最后在電池電源出來(lái)的地方接了個(gè)330uH的電感之后就解決了這個(gè)問(wèn)題。程序設(shè)計(jì)部分采用四元數(shù)濾波算法來(lái)計(jì)算姿態(tài)歐拉角，再選用經(jīng)典電機(jī)自動(dòng)控制方法的PID來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)，使其達(dá)到本次設(shè)計(jì)的要求。我的思路還是比較清晰，首先得有遙控器作為控制端，采集控制信息通過(guò)無(wú)線傳感器傳輸給飛行器端；飛行器端通過(guò)無(wú)線接收遙控信息并做出相應(yīng)的反應(yīng)，這時(shí)就會(huì)涉及到電機(jī)的控制，電機(jī)控制通過(guò)什么方式驅(qū)動(dòng)都需要方案設(shè)計(jì)，還涉及飛行器姿態(tài)的檢測(cè)，選用什么傳感器都需要考慮進(jìn)來(lái)，硬件部分大致就這個(gè)思路。畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，最辛苦也是最有意義的地方就是找出問(wèn)題的所在，并通過(guò)查閱相關(guān)資料，尋找解決方案最終解決問(wèn)題，過(guò)程雖然比較繁瑣，但是很有意義。4．PID調(diào)節(jié)常用口訣其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。P是解決幅值震蕩，P大了會(huì)出現(xiàn)幅值震蕩的幅度大，但震蕩頻率小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)。 /* 返回計(jì)算值 */ }然而，PID算法的重點(diǎn)不在于他的原理，而是著重PID三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)。 /* r存放PID計(jì)算值 */ sum = sum + e。其中是系統(tǒng)輸入誤差值，是系統(tǒng)的最終輸出值，輸入值與輸出值構(gòu)成控制偏差。如圖43所示是一個(gè)小功率直流電機(jī)的調(diào)速框圖。 PID電機(jī)控制PID 控制器是一個(gè)在工業(yè)控制應(yīng)用中常見(jiàn)的反饋回路部件，由比例單元P（Proportion）、積分單元I（Integration）和微分單元D（Differentiation）組成。姿態(tài)解算的核心在于旋轉(zhuǎn)，一般旋轉(zhuǎn)有4種表示方式：矩陣表示、歐拉角表示、軸角表示和四元數(shù)表示。程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)GetData（）讀取數(shù)據(jù)函數(shù)讀取所需陀螺儀和加速度計(jì)的原始數(shù)據(jù)。I2CMRevBuf[1] ,1)。I2CMRevBuf[0] ,1)。}其中SlaveAddress是MPU6050的設(shè)備地址，即為0xd0。ucData[3],1)。ucData[1],1)。 I2CMWriteNByte(SlaveAddress,1,PWR_MGMT_1,amp。 MPU6050初始化程序設(shè)計(jì)中，需要初始化電源管理寄存器PWR_MGMT_采樣分頻寄存器SMPLRT_DIV、MPU6050配置寄存器CONFIG、加速度計(jì)配置寄存器ACCEL_CONFIG、陀螺儀配置寄存器GYRO_CONFIG。當(dāng)然，在程序調(diào)試比如無(wú)線發(fā)送和接收部分，也可以通過(guò)串口打印顯示來(lái)調(diào)試。最大下載速度提升到1MByte/s。這里2ms電機(jī)控制程序時(shí)間必須是一定的，因?yàn)樵谒脑獢?shù)計(jì)算和PID計(jì)算都有微分積分時(shí)間，這里的2ms既為算法里面微積分的時(shí)間。NRF24L01直接將讀取的8位數(shù)據(jù)發(fā)送到飛行器端，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。遙控器和飛行器程序設(shè)計(jì)流程圖如圖442所示。所有版本均提供一個(gè)完善的C / C++開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中MDKProfessional還包含大量的中間庫(kù)。目前Keil MDK 由三家國(guó)內(nèi)代理商提供技術(shù)支持和相關(guān)服務(wù)。飛行操作：待飛行器解鎖成功之后，左手輕輕推動(dòng)油門(mén)，可以看見(jiàn)飛行器電機(jī)慢慢開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，繼續(xù)加大油門(mén)之后可以使飛行器飛起來(lái)，右手可以調(diào)整飛行的方向。圖315 遙控器實(shí)物圖圖316 飛行器實(shí)物圖 實(shí)物操作細(xì)節(jié)如下所示：上電：首先給遙控器上電，等待遙控器LED信號(hào)燈閃爍之后再給飛行器上電。 PCB外形設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)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）各個(gè)層面有無(wú)沖突。（2）放置特殊元器件，如大的元器件、重的元器件、發(fā)熱元器件、變壓器、IC等。元器件的布局到均衡，疏密有度，不能頭重腳輕。（3）重量超過(guò)15G的元器件，可用支架加以固定，然后焊接。特殊元器件的位置在布局時(shí)一般要遵守以下原則：（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設(shè)法減少他們的分布參數(shù)及和相互間的電磁干擾。在設(shè)計(jì)中如何放置特殊元器件時(shí)首先考慮PCB尺寸大小。（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。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。1．PCB布局規(guī)則（1）在通常情況下，所有的元件均應(yīng)布置在電路板的同一面上，只有頂層元件過(guò)密時(shí)，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。 PCB設(shè)計(jì)硬件電路原理圖設(shè)計(jì)完畢之后，接下來(lái)就是PCB的設(shè)計(jì)。（2）。設(shè)計(jì)電路連接中比較注意的地方有以下兩點(diǎn)：（1）CH340芯片正常工作時(shí)需要外部向XI引腳提供12MHz的時(shí)鐘信號(hào)。支持IrDA規(guī)范SIR紅外線通訊，支持波特率2400bps到115200bps?！裼布p工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50bps～2Mbps?！?串口調(diào)試電路設(shè)計(jì)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，串口調(diào)試電路只用在遙控器當(dāng)中，遙控器直接通過(guò)Micro USB接口給遙控器供電，然后連接串口，就可以直接跟上位機(jī)連接，方便程序調(diào)試。四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的PWM分別于MCU的PIO0_0、PIO0_PIO0_PIO0_3引腳連接。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。此時(shí) 任何被尋址的器件都被認(rèn)為是從機(jī)。1%變動(dòng)的振蕩器。5%，177。產(chǎn)品傳輸可透過(guò)最高至400kHz的IC。2g、177。500、177。圖37慣性測(cè)量單元電路圖在圖37中，3個(gè)10K上拉電阻RR2R22是為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，MPU6050的七位設(shè)備地址是b110100x，最后一位是通過(guò)AD0管腳的電平來(lái)確定，本設(shè)計(jì)接的是地，所以設(shè)備地址是b1101000。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。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。位數(shù)據(jù)的傳輸。輸入，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升或下降沿由MISO決定了唯一的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如沒(méi)有CSPeripheralNRF24L01無(wú)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，其電路原理圖如圖35所示。極低的晶振要求60ppm●與nRF125個(gè)可選工作頻道數(shù)據(jù)傳輸率1或2Mbps自動(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)功能內(nèi)置鏈路層比如串口的RXD和TXD引腳可以通過(guò)軟件寄存器配置隨意更換引腳而不是固定不變的；硬件SPI引腳也可以通過(guò)開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)配置，這大大減輕了硬件電路設(shè)計(jì)的難度和開(kāi)發(fā)時(shí)間。NXP LPC1549處理器一共有48個(gè)引腳，包括電源引腳有12個(gè)，外部晶振引腳2個(gè)，外部RTC時(shí)鐘引腳2個(gè)，USB引腳2個(gè)，30個(gè)I/O口引腳。程序調(diào)試跟下載通過(guò)JLINK仿真器SWD模式來(lái)進(jìn)行。在本設(shè)計(jì)過(guò)程中，還把電源分為模擬和數(shù)字兩部分，分別通過(guò)磁珠來(lái)進(jìn)行隔離，周?chē)男‰娙萃瑫r(shí)也起著濾波的作用。在本次設(shè)計(jì)中，由于包括遙控器和飛行器兩大部分并且都需要單獨(dú)供電，都有電源部分電路，在這里重點(diǎn)介紹飛行器的電源電路設(shè)計(jì)。遙控器硬件電路除了電源模塊電路，還包括最小系統(tǒng)電路模塊、串口調(diào)試電路模塊、ADC電路模塊以及按鍵跟LED燈模塊。遙控器硬件電路總圖如圖31所示。與早期Protel 99SE以及Protel DXP2004軟件相比，Altium Designer Summer 09功能更加完備、風(fēng)格更加成熟，并且界面更加靈活操作也簡(jiǎn)單，尤其是在仿真和PFGA電路設(shè)計(jì)方面有了重大的改進(jìn)，擺脫了Protel前期版本基于PCB設(shè)計(jì)的產(chǎn)品定位，顯露出一個(gè)普及型全線EDA產(chǎn)品嶄新的面貌。 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)。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(cè)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(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。；CAT6219的低壓差的優(yōu)點(diǎn)完全符合設(shè)計(jì)要求，；。遙控器端的主要硬件部分包括最小系統(tǒng)、無(wú)線NRF2L01模塊、程序下載、ADC采集、液晶顯示器、蜂鳴器、LED指示燈以及串口調(diào)試，飛行器端硬件主要部分有最小系統(tǒng)、程序下載，無(wú)線NRF2L01模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、慣性測(cè)量單元MPU6050以及LED驅(qū)動(dòng)電路，其系統(tǒng)總體框圖如圖21所示。飛行器軟件設(shè)計(jì)主要是MCU通過(guò)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(cè)量單元（IMU）姿態(tài)獲取技術(shù)，然后通過(guò)PID電機(jī)自動(dòng)控制算法，把PID輸出量跟無(wú)線接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，最終通過(guò)輸出PWM來(lái)控制高速空心杯直流有刷電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種飛行狀態(tài)。50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，模塊與MCU之間通過(guò)硬件SPI采用1MHz的速率通信。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，兩大部分均采用以ARM CortexM3為內(nèi)核的NXP LPC1549作為中央處理器，飛行器端利用3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)融合一體的MPU6050慣性測(cè)量單元作為姿態(tài)傳感器，最終實(shí)現(xiàn)懸停、自轉(zhuǎn)、前后左右移動(dòng)等操作功能?！叭祟悓?duì)飛行的夢(mèng)想是與生俱來(lái)的。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。當(dāng)時(shí)，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)。自此之后，四旋翼飛行器受到的關(guān)注度迅速提升，成為了新的商業(yè)焦點(diǎn)。四旋翼飛行器是多旋翼飛行器中最簡(jiǎn)單最流行的一種。接著人們?cè)倩巳舾赡甑臅r(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。很長(zhǎng)一段時(shí)間里，只有美國(guó)一些研發(fā)性的項(xiàng)目做出了多旋翼飛行器的樣機(jī)。 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況早在二戰(zhàn)時(shí)，載人四軸的原型機(jī)已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)，但因?yàn)榭刂萍夹g(shù)還跟不上，飛行器因不穩(wěn)定而無(wú)法投入實(shí)際應(yīng)用。在民用與工業(yè)領(lǐng)域，四軸飛行器也具有廣泛的應(yīng)用前景。吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文基于單片機(jī)的四軸飛行器畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄 摘 要 IABSTRACT II第1章 緒論 1 論文研究背景及意義 1