【正文】 r adopts the MPU6050 attitude sensor Digatal Motion Processor engine (DMP) as a gesture sensing unit, using PID control theory, the main control chip integrated data to plete all aspects of aircraft attitude adjustment, and through the PPM signal remote control of the aircraft flight real flight, validation method is scientific and stability. After repeated debug and test, solve in the process of the flight vehicle vibration to control and other external factors, finally plete the control of the aircraft. Key Word： ATmega328p、 MotionProcessing、 PID Control、 PPM 基于 AVR的四旋翼 無人機(jī)控制 III 目錄 摘要 ............................................................................................I Abstract ..................................................................................... II 目錄 ......................................................................................... III 第一章 緒論 .................................................................................. 1 研究意義 ............................................................................ 1 研究狀況 ............................................................................ 2 研究重點(diǎn) ............................................................................ 3 第二章 理論基礎(chǔ) ............................................................................. 5 工作原理 ............................................................................ 5 姿態(tài)描述 ............................................................................ 6 歐拉角 ....................................................................... 6 四元數(shù) ....................................................................... 7 姿態(tài)控制 ............................................................................ 8 第三章 硬件結(jié)構(gòu) ............................................................................11 硬件整體設(shè)計(jì) ......................................................................11 姿態(tài)傳感器 .........................................................................11 MPU6050模塊 ...............................................................12 運(yùn)動(dòng)引擎 ....................................................................12 主控芯片 ...........................................................................13 無線模塊 ...........................................................................14 ............................................................................15 第四章 程序設(shè)計(jì) ............................................................................16 程序整體設(shè)計(jì) ......................................................................16 系統(tǒng)初始化 .........................................................................16 遙控器解碼 .........................................................................18 姿態(tài)處理 ...........................................................................19 決策模塊 ...........................................................................22 電機(jī)驅(qū)動(dòng) ...........................................................................25 第五章 測(cè)試與試驗(yàn) ..........................................................................26 遙控解碼測(cè)試 ......................................................................26 姿態(tài)數(shù)據(jù)測(cè)試 ......................................................................26 信號(hào)輸出 ...........................................................................28 參數(shù)整定 ...........................................................................28 整定方法 ....................................................................28 實(shí)際整定方式 ...............................................................30 整機(jī)測(cè)試 ...........................................................................30 第六章 總結(jié) .................................................................................32 致謝 ..........................................................................................33 參考文獻(xiàn) .....................................................................................34 基于 AVR的四旋翼 無人機(jī)控制 IV 附錄 I ........................................................................................35 附錄 II .......................................................................................35 基于 AVR的四旋翼 無人機(jī)控制 1 第一 章 緒論 研究 意義 四旋翼 （ Quadrotor） 是無人飛行器（ UAV）的一種特殊機(jī)型， 如圖 11， 其具有十字排列的四個(gè)螺旋槳方便起飛與控制 ， 在低空低速狀態(tài) ， 可以在狹小的空間里執(zhí)行任務(wù)。 通過現(xiàn)實(shí)飛行，驗(yàn)證方法 的 科學(xué)性與穩(wěn)定性。整體系統(tǒng)可劃分為處理單元、遙控單元、姿態(tài)結(jié)算單元與控制輸出單元。本文重點(diǎn)研究對(duì)控制 有重要影響的姿態(tài) 解算和 PID 控制 思想 ，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)四旋翼的控制飛行 。基于 AVR的四旋翼 無人機(jī)控制 1 鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于 AVR的 四旋翼無人機(jī) 控制 院 系 軟件 學(xué)院 （北） 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 2020— 2 學(xué)生姓名 何振振 學(xué) 號(hào) 20207730209 指導(dǎo)教師 逯鵬 職稱 副教授 2020年 5 月 31 基于 AVR的四旋翼 無人機(jī)控制 I 摘要 伴隨計(jì)算機(jī)與控制理論的發(fā)展，無人飛行器已經(jīng)成為一種熱門的研究實(shí) 踐平臺(tái)。四旋翼無人機(jī)作為無人機(jī)的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的機(jī)型，其控制方式 是研究的重點(diǎn) 。 本論文實(shí)現(xiàn)基于 Atmel 公司出品的 ATmega328p 的單片機(jī) 為主控芯片 ，用以實(shí)現(xiàn)四旋翼空中停留，俯仰，翻滾飛行。 針對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)， 本論文采用 MPU6050 姿態(tài)傳感器內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)引擎 （ DMP） 作為姿態(tài)感知單元 ， 運(yùn)用 PID 控制理論 ， 由主控芯片整合各方面數(shù)據(jù) 完成對(duì)飛行器的姿態(tài)調(diào)整 ， 并通過 PPM信號(hào) 遙控器對(duì)飛行器實(shí)行 飛行控制 。 經(jīng)過反復(fù)調(diào)試與試驗(yàn)， 解決飛行過程中飛行器震動(dòng) 及其他外界因素 對(duì)控制造成的影響， 最終 完成了對(duì)飛行器的控制 。 與其他無人機(jī)比較， 由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便攜帶且維護(hù)成本低 。比如在近年來的歷次戰(zhàn)爭(zhēng)中，美國為了減小戰(zhàn)爭(zhēng)開銷并縮小人員傷亡，大量使用了無人機(jī)代替有人機(jī)完成危險(xiǎn)任務(wù)，施行對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視，情報(bào)中專，甚至 發(fā)起 攻擊。在現(xiàn)在戰(zhàn)爭(zhēng)中，日益強(qiáng)調(diào)信息化，快速反應(yīng)的戰(zhàn)場(chǎng) ，無人機(jī)將會(huì)越來越發(fā)揮重要的角色。例如無人機(jī)可在發(fā)生災(zāi)害后及時(shí)實(shí)施監(jiān)控災(zāi)情， 如圖 12， 對(duì)救災(zāi)和災(zāi)害處理產(chǎn)生有益影響。 進(jìn)一步加深對(duì)硬件處理器與程序設(shè)計(jì)之間的 相互協(xié)作，共同達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 圖 13為第一架四旋翼飛行器。 其中一部分四旋翼項(xiàng)目主要研究在系統(tǒng)建模和不同控制策略的優(yōu)異與否， 例如賓夕法尼亞大學(xué) GRASP 實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造的室內(nèi)四旋翼飛行器， 如圖 14， 它以紅外光慣性測(cè)量單元來確定自身姿態(tài)，能夠在室內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定飛行和著陸，且魯棒性很?？梢愿鶕?jù)要求按照計(jì)劃進(jìn)行自主飛行，并可用過 WiFi與地面控制站交互信息。 如圖 16， 該無人機(jī)結(jié)合全球定位系統(tǒng) (GPS)從 96 個(gè)倉庫之一直飛訂貨人門口派送低于 5 磅的貨物，亞馬迅 86%的運(yùn)送物品質(zhì)量都滿足此要求。 圖 16：亞馬遜 PrimeAir無人機(jī) 研究 重點(diǎn) 本設(shè)計(jì)基于 AVR 單片機(jī)， 包括四旋翼飛行器的控制程序和硬件設(shè)計(jì)兩部分。完成飛行器的懸停，俯仰和翻滾運(yùn)動(dòng)。 第一章緒論說明本論文所處方陣，研究目標(biāo)以及四旋翼研究中的重點(diǎn)問題。 第三章硬件結(jié)構(gòu)中描述硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 第四章程序設(shè)計(jì)中描述 程序部分 ， 根據(jù)硬件功能和完成目標(biāo)編寫，包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出三個(gè)部分 。 其中涉及的重點(diǎn)有