【正文】 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 / T A M P E R / R T C2P C 1 4 / O S C 3 2 _ I N3P C 1 5 / O S C 3 2 _ O U T4P D 0 / O S C _ I N5P D 1 / O S C _ O U T6N R S T7V S S A8V D D A9P A 0 / W K U P / A D C 1 2 _ I N 01 0P A 1 / A D C 1 2 _ I N 11 1P A 2 / U S A R T 2 _ T X1 2PA3/USART2_RX13PA4/SPI1_NSS14PA5/SPI1_SCK15PA6/SPI1_MISO16PA7/SPI1_MOSI17PB0/ADC12_IN818PB1/ADC12_IN919PB2/BOOT120PB10/USART3_TX/IIC2_SCL21PB11/USART3_RX/IIC2_SDA22VSS_123VDD_224P B 1 2 / S P I 2 _ N S S2 5P B 1 3 / S P I 2 _ S C K2 6P B 1 4 / S P I 2 _ M I S O2 7P B 1 5 / S P I 2 _ M O S I2 8P A 82 9P A 9 / U S A R T 1 _ T X3 0P A 1 0 / U S A R T 1 _ R X3 1P A 1 1 / U S B D M3 2P A 1 2 / U S B D P3 3P A 1 3 / T M S / S W D I O3 4V S S _ 23 5V D D _ 23 6PA14/TCK/SWCLK37PA15/TDI38PB3/TDO39PB4/NTRST40PB5/IIC1_SMBAI41PB6/IIC_SCL42PB7/IIC_SDA43BOOT044PB8/TIM4_CH345PB9/TIM4_CH446VSS_347VDD_348S T M 3 2 F 1 0 3 C 8 T 6 圖 315 遙控器核心板 原理圖 Schematic diagram of remote control 遙控器采用意法半導(dǎo)體公司的 32 位處理器 STM32F103C8T6 作為控制器，它是專門為為王賓： 微型四旋翼控制系統(tǒng) 18 控制系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)等對功耗和成本敏感的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計的。 原理圖如圖 314。 TP4056 在有電源時也可置于停機(jī)模式 ， 從 而將供電電流降至 55uA。當(dāng)充電電流在達(dá)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)。熱反饋可對充電電流進(jìn)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。 TP4056 可以適合 USB 電源和適配器電源工作。 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 。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。下拉電阻 R4防止上電時電機(jī)轉(zhuǎn)動。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(jī)，它具有較大的漏極電流，最大能通過 的電流 。電機(jī)選用直接為 7mm 的空心杯電機(jī)。 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(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 311 SPI寫操作 SPI write operation 電機(jī)驅(qū)動模塊 本設(shè)計 采用 PWM 控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。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。 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。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)楦摺? NRF24L01 模塊與處理器通過 SPI 接口進(jìn)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。通過上位機(jī) ， 可以實時地顯示四旋翼的姿態(tài) ， 并可通過上位機(jī)控制飛行器的飛行。 掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低 。 無線收發(fā)器包括 : 頻率發(fā)生器 、 增強(qiáng)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(jìn)行設(shè)置 。本設(shè)計選用NORDIC公司生產(chǎn)的 NRF24L01芯片。在實際測試中發(fā)現(xiàn)，電機(jī)遼寧工程技術(shù)大學(xué)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)。 在慣性導(dǎo)航算法中，導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)校準(zhǔn)。 HMC5883L 廣泛應(yīng)用于 手機(jī)、筆記本電 腦、消費類電子、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和個人導(dǎo)航系統(tǒng)。 ~2176。 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。通信以處理器 產(chǎn)生的拒絕應(yīng)答信號（ NACK）和結(jié)束標(biāo)志（ P）結(jié)束。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。 王賓： 微型四旋翼控制系統(tǒng) 12 SS D AS C L1 7 8 91 7 8 9 1 7 8 9A D D R E S S R / W A C K 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(biāo)志（ S） 和地址位， 還要加一個 R/W位， 0為寫， 1為讀。然而，處理器也可以產(chǎn)生 重復(fù)的開始信號去操作另外的 I2C 設(shè)備，而不發(fā)出結(jié)束標(biāo)志。應(yīng)答產(chǎn) 生時， MPU6050 將 SDA 線拉低并且在 SCL 為高電平時保持為低。然后，處理器釋放 SDA 線，等待 MPU6050 的應(yīng)答信號（ ACK）。 SD A T A O U T P U T B Y T R A N S M I T T E R ( S D A )S C L F R O M M A S T E RS D A1 2 8 9D A T A O U T P U T B Y R E C E I V E R ( S D A )n o t a c k n o w l e d g ea c k n o w l e d g ec l o c k p u l s e f o r a c k n o w l e d g e m e n t 圖 36 I2C總線的應(yīng)答方式 The response of the bus （三）通信 開始標(biāo)志（ S）發(fā)出后，處理器會傳送一個 7位的 Slave 地址，并且后面跟著一個第 8位，稱為 Read/Write 位。 如果從設(shè)備 MPU6050 忙，它可以使 SCL 保持在低電平，這會強(qiáng)制是處理器進(jìn)入等待狀態(tài)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 S PS D AS C LS D AS C L 圖 35 I2C開始和停止條件 I2C Start and stop conditions （二）數(shù)據(jù)格式 I2C 的數(shù)據(jù)字節(jié)定義為 8bits 長度，對每次傳送的總字節(jié)數(shù)量沒有限制。直到主設(shè)備發(fā)出結(jié)束信號（ P） ，否則總線狀態(tài)一直為忙。 MPU6050 的 Slave 地址為 b110110X，7 位字長，最低有效位 X由 A0 管教上的邏輯電平?jīng)Q定，本設(shè)計 A0 接地，所以設(shè)備地址為b1101100。主設(shè)備將 Slave 地址傳到總線上，從設(shè)備用與其匹配的地址來識別主設(shè)備。 SDA_SENSORSCL_SENSORINT_SENSORSDA_SENSORSCL_SENSORINT_SENSORVLOGIC8VDD13GND18RSV119RSV221NC12NC23NC34NC45NC514NC615NC716NC817SDA24SCL23INT12A09CPOUT20REGOUT10FSYNC11CLKIN1CLKOUT22AUX_DA6AUX_CL7U1MPU6050VDDGNDSDA_SENSORSCL_SENSORINT_SENSOR10KR1GNDVCCC5CapC6CapGNDVCC 圖 34 加速度計和陀螺儀模塊原理圖 The principle diagram of the accelerometer and gyroscope module 下面以 MPU6050 為例來說明 I2C 的工作方式 ： （一）開始（ S）和結(jié)束（ P） 標(biāo)志 MPU6050 通過 I2C 通訊協(xié)議與處理器進(jìn)行通訊 ,I2C 接口包括串行數(shù)據(jù)線（ SDA）和串行時鐘線（ SCL） 。 MPU6050集成了 3軸陀螺儀和 3軸加速度計，