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旋翼类飞行器电机控制器的研究与设计

  • 商品编号:单片机549
  • 货  号:单片机549
  • 品  牌:jgyc
  • 开发语言: C
  • 论文字数: 1.2W
  • 市场价: ¥300.00
  • 销售价: ¥200.00
  • 节省: ¥100.00

以下是介绍(不过多网上展示为了防止查重),如需要完整的请联系客服qq购买.提示:本资料已审核通过,内容严格保密,格式标准,质量保证,软件类的包调试成功. 需要这份设计请添加QQ303563675.团购或代理了解

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摘要:随着社会的发展,科学技术日新月异,各种智能小车,无人机等智能产品层出不穷,旋翼飞行器就是目前市场上比较常用的无人直升机,四轴旋翼飞行器由四个对称的旋翼组成。该飞行器由于其重量轻,结构简单,成本低廉,无人化的优点所以广泛应用于农业的农药喷洒,工业的测量控制,军事的探测和民用的一些实时监控场所,并且可以利用在一些恶劣危险环境之中,目前已经形成了一系列专业的产业链,已经在无人机市场上占据了很大的份额。

本系统采用STM32系列单片机为核心控制芯片,设计了一款基于安卓系统的低功耗、无线控制四轴飞行器,蓝牙控制模块具有前后左右控制方向和油门加速按钮,并且可以融合多传感器,根据传感器检测数据飞行时遇到前方的障碍进行自动调整的功能。利用加速度计梯度下降姿态融合算法和卡尔曼滤波器,可以求出飞行方向和速度的控制,在单片机上进行PID算法,然后控制该无人四轴旋翼飞行器进行稳定飞行。实测证明,该四轴旋翼飞行器抗干扰能力强,飞行稳定,能够满足普通无人旋翼飞行器的要求。

 关键词:旋翼飞行器STM32蓝牙通信;PID算法

 第2章 系统的硬件设计


2.1系统总体方案设计

本系统的设计采用模块化设计的思想,主要由传感器检测模块、蓝牙模块、核心模块、电源模块和其他外围电路组成。其系统结构框图如图2.1所示。

2.2核心控制模块电路设计

核心控制芯片是四轴飞行器的“大脑”。本系统设计采用STM32F407VGT6,arduino近年来开始使用AVR系列、stIIl32系列等单片机作为软、硬件开发平台,因为其拥有开源的开发环境。所以arduino可以看做是一种通用的输入输出单片机系统板。它可以通过数字I/O口或者ADC等方式读取和处理外部芯片传递过来的模拟信号、数字信号和一些控制信号,并且可以通过串口实现与上位机之间的通信,实现下位机的通信和互动的功。除了atmel公司推出的AvR系列单片机以外,许多MCU厂家也顺应潮流,开始创新发展,推出支持arduino标准的MCU小系统板。如使用stlll32作为CPU的1eafmaple mini板。英特尔公司的基于使用Ouark系列的32位芯片支持arduino软件硬件标准的galileo系统板。利用arduino平台,可以实现许多系统的简便开发,缩短开发周期,而且可以实现许多控制系统的功能, 四轴飞行器可以利用arduino平台通过手机app实现无线控制,即可实现四轴飞行器控制。 图2.2为MCU主控芯片的硬件连接图。

2.3蓝牙传输模块电路设计

本系统设计使用的是蓝牙通信,系统采用ESP32模块,ESP32内部集成了2.4GHz WiFi和蓝牙双模块,适用于移动设备和物联网等系统。在功能简单的使用系统下有很强的实用性和性价比,且操作简单,功耗低。所以,本系统的无线通信模块采用ESP32,功能框图如图2.3所示。 

ESP32模块提供了1296K片上存储器空间,19704K片外存储器地址空间。还提供了低功耗的掉电模式功能等,可配置设备进入省电模式,Active模式,Modern-sleep模式,Light-sleep模式,Deep-sleep模式和Hibernation模式。其硬件连接图如图2.4所示。电源前端连接有RT9193稳压器,用于降低电源电压纹波和噪声,高精度输出电压和保护电流。

2.4 动力系统设计

飞行器的动力系统模块采用MPU-6050,该模块对陀螺仪和加速度分别用了三个ADC芯片,将测量得到的模拟信号转化为数字信号输出,其中,传感器的测量范围是可调的,分为 250, 500, 1000, 2000度每秒,加速度范围为 2g, 4g, 8g, 16g。其硬件模块连接图如图2.5所示。

图2.5 MPU6050硬件连接图

 AK8975是AKM公司推出的一款三轴电子罗盘,该模块内部集成了多个磁传感器分别用于检测X轴、Y轴和Z轴的磁感以及用于处理信号的运算电路。该电子罗盘主要应用于手机的GPS功能模块上,用于控制飞行器的飞行轨迹。其硬件连接图如图2.6所示。


 



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