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基於STM32四軸飛行器設計「第二屆立創商城電子製作節入圍獎」

本作品為第二屆立創商城電子製作節入圍獎作品;轉載請注明出處, 未經允許不得用作商業用途。 作品原連結:http://club.szlcsc.com/article/details_5943_1.html。

一、作品簡介

1.整機外觀

2.我在具備10個月的嵌入式學習經歷後, 在學校實驗室行進製作此版飛控, 在傳統飛控上, 我設計了利用矽膠球連接上下層PCB的方式來實現感測器減震的功能, 有效降低了飛機振動對感測器資料產生的雜訊。 可以繼續利用研發的無人機進行二次開發的利用。 比如無人機運載貨物, 無人機農業。 無人機觀察。

3.作品亮點:

四軸飛行器具備VTOL(VerticalTake-OffandLanding, 垂直起降)飛行器的所有優點, 又具備無人機的造價低、可重複性強以及事故代價低等特點, 具有廣闊的應用前景。 它是無人飛行器(UAV)的一種特殊機型, 其具有十字排列的四個螺旋槳方便起飛與控制, 在低空低速狀態, 可以在狹小的空間裡執行任務。 與其他無人機比較, 由於結構簡單,

方便攜帶且維護成本低。 無人自主飛行平臺能夠自主飛行並完成相應任務, 與通用有人飛機相比, 其造價低廉, 可維護性, 使用費用都具有明顯優勢。 在近年來的歷次戰爭中, 發揮著重要作用, 在民用方面與救災領域運用前景廣闊, 例如無人機可在發生災害後及時實施監控災情, 對救災和災害處理產生有益影響。 因此對於四軸飛行器的研究具有重大的現實意義。

二、系統構架圖

三、硬體部分的描述

1.飛控原理圖和PCB圖下載地址見原帖;

2.STM32F407VGT6作為主控MCU。

電源部分:MCU我採用2M開關頻率的TPS62162保證了MCU的電源的穩定性, ICM20602,HMC5983採用3.3VLDO供電, MS5611根據資料手冊採用3VLDO穩壓晶片進行供電保證晶片資料的低雜訊。 TJA1050採用5V供電。

感測器部分:ICM20602六軸感測器晶片通過資料濾波處理把三軸陀螺儀資料和三軸加速度數據以及HMC5983三軸磁力計數據, MS5611氣壓計數據引入EKF進行IMU姿態解算。

擴展記憶體:WQ25Q32BV用來存儲感測器矯正資料。 TF卡用來存儲飛機飛行記錄資料。

燈光模組:我採用3個SOT23-3封裝的MOS管進行開關控制, 與MCU隔離電源。

遙控器電路:採用傳統的DBUS遙控器反向電路。

四、材料清單(來自立創商城)

MCU:STM32F407VGT6

6軸感測器:ICM20602

磁力計感測器:HMC5983

氣壓計感測器:MS5611

電源穩壓晶片:TPS62162

LDO:ME6219C33M5G、ME6219C30M5G

擴展ROM記憶體:TF卡和SPIFLASH

五、軟體部分的描述

程式源碼方面可以參考德國開源飛控AutoQuad飛控(下載地址見原帖), 從他的基礎之上學習、參考, 加上自己的想法。

六、作品演示見原帖。

七、總結

在製作作品期間, 我們的動手能力、創造能力和協作精神都得到了極大的提高, 我們製作的四旋翼, 使用了卡爾曼濾波, 四元數融合、多種PID控制器等知識, 讓我們對如何控制一個多輸入控制系統有了更深的認識嗎, 在繪製自己以前從來沒接觸過的感測器ICM20602或者是HMC5983等, 面對網上參考資料幾乎沒有, 只有通過自己看全英文版的資料手冊來一點點的寫晶片驅動程式, 對於作為大二團隊的我們, 在面臨這樣的挑戰時, 我們沒有放棄使用這些優秀的感測器。 在通過自己的努力和堅持後, 成功寫出了感測器驅動程式。 在調試控制演算法參數時, 我們經行了大量反復的修改, 雖然很枯燥但是也還是堅持了下來, 在調試過程中我們認為一定要和上位機通訊把飛機狀態波形,比如Pitch,Roll,Yaw三個歐拉角的狀態波形顯示出來,通過波形來分析自己的控制演算法參數是否合理。在未來,我們計畫繼續優化完整作品,能夠達到給其他用戶進行二次平臺開發的目的,比如在無人機上加入攝像頭視覺輔助,擴展其他各種豐富的功能。對於主辦方,如果有必要我們希望可以在資金或者元器件方面給予少許援助,因為作為大二學生的我們,參加此類科技競賽在資金方面基本都是父母的支援,壓力還是有點大的。

「關於」立創商城(WWW.SZLCSC.COM)成立於2011年,致力於為客戶提供一站式電子元器件線上採購服務,成交量全國領先。擁有10000多平方米現代化元器件倉庫,現貨庫存超100000種。本文由立創商城原創,轉載請注明出處。

在調試過程中我們認為一定要和上位機通訊把飛機狀態波形,比如Pitch,Roll,Yaw三個歐拉角的狀態波形顯示出來,通過波形來分析自己的控制演算法參數是否合理。在未來,我們計畫繼續優化完整作品,能夠達到給其他用戶進行二次平臺開發的目的,比如在無人機上加入攝像頭視覺輔助,擴展其他各種豐富的功能。對於主辦方,如果有必要我們希望可以在資金或者元器件方面給予少許援助,因為作為大二學生的我們,參加此類科技競賽在資金方面基本都是父母的支援,壓力還是有點大的。

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