基于ARM的空中摄像四旋翼无人机
基于四旋翼无人机的课程实践教学
基于四旋翼无人机的课程实践教学1. 引言1.1 引言课程实践教学的重要性在于能够将理论知识与实际操作相结合，帮助学生更好地掌握所学内容。
基于四旋翼无人机的课程设计，不仅可以培养学生的动手能力和创新思维，还可以激发学生对技术的兴趣和热情。
通过实践教学，学生可以在实际操作中掌握无人机的飞行原理、控制技术和应用场景，提升他们的实践能力和解决问题的能力。
本文将对基于四旋翼无人机的课程实践教学进行深入探讨，包括课程设计、实践教学内容及方法、教学效果评估和案例分析等方面。
通过对这些内容的分析和总结，将为开展基于四旋翼无人机的课程实践教学提供有益的参考和借鉴。
2. 正文2.1 课程实践教学的重要性课程实践教学的重要性在于能够让学生将学到的理论知识应用于实际操作中，从而加深对知识的理解和掌握。
通过实践教学，学生可以在真实场景中进行操作和实验，提升他们的实际操作能力和解决问题的能力。
实践教学还可以培养学生的创新意识和团队合作能力，让他们在实践中获得更全面的素质提升。
基于四旋翼无人机的课程设计可以很好地结合理论知识和实际操作，让学生在掌握无人机技术的还能学习到相关的课程知识。
通过设计相关的实践项目，可以让学生深入理解无人机的原理和应用，以及学习飞行控制、摄像技术等相关的课程内容。
在实践教学内容及方法方面，可以结合课堂讲解和实地操作，让学生亲身感受无人机的飞行过程，熟悉飞行控制和摄像技术的操作方法。
可以组织学生参与团队项目，让他们在团队合作中学会沟通、协作和解决问题的能力。
教学效果评估可以通过学生的实际操作表现、项目成果和课程考核等多个方面进行评估，从而全面地了解学生的学习水平和能力提升情况。
通过案例分析可以进一步深入研究和评估课程设计的效果，发现存在的问题和改进的空间，为今后的教学实践提供参考和借鉴。
基于四旋翼无人机的课程实践教学对学生的学习和素质提升具有重要的意义，值得在教学实践中深入探讨和推广。
2.2 基于四旋翼无人机的课程设计基于四旋翼无人机的课程设计需要考虑到学生的实际水平及课程目标。
基于ARM的μCOS-III的四旋翼飞行器的设计
航空航天科学技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald6DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.05.006基于ARM的μC/OS-III的四旋翼飞行器的设计余愿(湖北科技职业学院 湖北武汉 430074)摘 要：在ARM平台设计了一种基于μC/OS- III的四旋翼飞行器的控制系统，该系统选用STM32F103系列微控制器，采用MP1584EN降压转换器保证主控的供电稳定，PWM （Pulse Width Modulation ）信号的占空比控制四个电机的转速，以陀螺仪传感器MPU6050为惯性测量单元，并通过互补滤波算法对获取到的数据进行滤波处理，提高数据精度，实现了四旋翼飞行器在空中的平稳飞行和姿态控制。
关键词：四旋翼飞行器 PWM 互补滤波算法中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)02(b)-0006-03四旋翼飞行器与传统飞行器相比，具有结构简单、载重能力强、成本低等优点，通过对四翼上的四个电机的控制就能实现垂直升降、空中翻滚、悬空停止的功能。
四旋翼飞行器的结构比较灵活，可以小型化使其用于航拍、军事侦察，同时又因能避免复杂的空气动力学问题，可以大型化应用于远程物资运输、农业播种，地质勘测等。
四旋翼飞行器既能完成在室外高空的任务，又能实现室内狭小空间的飞行，摆脱了传统飞行器对任务环境的苛刻要求，具有非常广泛的应用前景。
1 飞行原理四旋翼飞行器机械结构简单，通过控制四个电机带动旋翼的旋转变化产生升力，系统输入量包括四个电机的转速，输出量是在X、Y、Z三个方向上平移和旋转的六个自由度，飞行姿态由电机速度控制实现[1]。
根据四旋翼飞行器飞行方式不同，按结构分为X型和十字型两种。
在这两种飞行模式下，其动力配置方式都是一样的；飞行器对向的电机转向相同，另一对向的电机转向相反，即相邻的电机转向总是相反的，目的是为了抵消电机运行时产生的陀螺效应。
毕业论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计
2016 南阳理工学院本科生毕业设计论文学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生指导教师完成日期南阳理工学院本科生毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors总计毕业设计论文25 页表格0 个插图20 幅3 南阳理工学院本科毕业设计论文基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计Autonomous controlsystem for the quadrotor unmanned aerial vehicle based on ARM processors学院系电子与电气工程学院专业电子信息工程学生姓名学号指导教师职称评阅教师完成日期南阳理工学院Nanyang Institute of Technology4基于ARM的四旋翼自主飞行控制系统设计[摘要]针对改变传统以单片机为处理器的四旋翼自主控制飞行器控制方式的问题设计了一种基于嵌入式ARM的飞行控制系统的设计和实现方案。
这是一种基于ARM的低成本、高性能的嵌入式微小无人机飞行控制系统的整体方案。
详细介绍了控制系统的总体构成以及硬软件设计方案包括传感器模块、视屏采集模块、系统核心控制功能模块、无线通信模块、地面控制和数据处理模块。
实验结果表明该设计结合嵌入式实时操作系统保证了系统的高可靠性和高实时性能满足飞行器起飞、悬停、降落等飞行模态的控制要求。
[关键词]ARM四旋翼自主飞行器控制系统。
Autonomous control system for the quadrotor unmannedaerial vehicle based on ARM processors Abstract In order to change the conventional control of four—rotor unmanned aerial vehicles using microcontroller as the processor a solution of flightcontrol system based on embedded ARM was presented which is low-cost,small volume, low power consumption and high performance. The purpose ofthe work is for attending the National Aerial Robotics Competition. The mainfunction of the system the hardware structure and the software design werediscussed in detail including the sensor module the motor module the wirelesscommunication module With embedded real time operating system to ensurethe system’s high reliability and real-time performance the experiments resultsshow that the requirements of flight mode are satisfied including taking ofhovering and landing and so onKey words ARM four-rotor unmanned aerial vehicles control system5 of the control signals 1 四旋翼飞行器的简介 1.1题目综述微型飞行器MicroAir Vehicle/MAV的概念最早是在上世纪九十年代由美国国防部远景研究局DARPA提出的。
基于ARM的四旋翼飞行器设计
基于ARM的四旋翼飞行器设计作者：马海琴叶俊明苏鹏鉴来源：《电子技术与软件工程》2015年第10期四旋翼飞行器是一种结构新颖、性能优越的垂直起降飞行器，具有操作灵活、带负载能力强等特点。
根据设计方案采购飞行器机体模型，选择直流无刷电机，功能强大的微处理器、传感器等元器件以满足系统需要。
根据系统动力学模型设计控制算法，设计四旋翼飞行器控制系统控制规律。
【关键词】ARM 无刷电机陀螺仪磁力计无线控制1 飞行控制系统总体设计系统核心控制器为ARM cortex—M3内核的单片机；惯性测量元件（IMU）提供飞行器姿态的数据等信息；高度传感器采用超声波传感器；GPS接收机输出飞行器的位置信息；无线数据模块用于飞行器与地面站的数据通信。
地面传回飞行器信息，向飞行器发送控制指令。
2 飞控系统硬件设计2.1 飞控核心板设计主控芯片选用意法半导体公司的ARM Cortex—M3内核。
其功耗低，处理速度快，拥有丰富的固件库，适合飞控板的开发。
飞控板需外加两个晶振电路。
8M晶振作为系统外部时钟，为系统提供时钟信号；32.768K晶振用于系统的实时时钟电路。
2.2 传感器数据采集及通信接口设计2.2.1组合导航系统数据采集组合导航系统采用惯性导航与GPS结合的方案，为无人机提供可靠性好和精确度高的导航信息。
惯性导航系统选择基于MEMS技术的惯性传感器，结合卡尔曼滤波算法及三轴磁力计温度补偿进行姿态解算和估计。
传感器输出的数字信号通过串口发送。
2.2.2超声波传感器用于测量高度的超传感器采用SensComp公司的615088传感器。
采用捕获中断方式测得超声波发送信号与经障碍物反射的信号，做差换算得到超声波模块与障碍物的距离。
实测在10 m范围内的距离，误差不超过0.1%，满足四旋翼飞行器飞行的精度要求。
2.2.3无线数传模块本方案所选用的无线传输模块，在开阔地的传输距离可达800 m。
主控芯片通过无线传输模块与PC机进行通信，传送获得的飞行数据到PC机以监测飞行状态，同时PC机也可以向飞行器传送控制指令。
基于四旋翼无人机的课程实践教学
基于四旋翼无人机的课程实践教学无人机技术的迅速发展，使得四旋翼无人机成为目前最受欢迎的无人机之一。
四旋翼无人机除了在军事、航空航天等领域有着广泛的应用，还被广泛运用在农业、测绘、摄影等民用领域。
针对四旋翼无人机的课程实践教学已经成为高校专业课程中的重要内容之一。
本文将着重介绍基于四旋翼无人机的课程实践教学。
一、四旋翼无人机的课程模块设计1. 无人机原理与结构：通过讲解无人机的构造、原理、传感器、操控装置等基础知识，帮助学生全面了解无人机的基本结构和工作原理，为后续的实践操作打下坚实的理论基础。
2. 无人机驾驶与操作：这个模块主要是通过模拟飞行器进行操控操作，学生会学到如何控制无人机的平稳起飞、悬停、转弯、降落等基本操作。
并且对无人机的实际操控能力提出不同的要求，帮助学生熟练掌握无人机的操控技能。
3. 无人机应用与监测：无人机在农业、测绘、环境监测、电力巡检等领域有着广泛的应用，这个模块将帮助学生学习无人机应用的基本原理、技术和方法，并进行一定的应用操作。
4. 无人机维护与故障排除：维护与故障排除是无人机应用中极其重要的环节，这个模块将帮助学生学习无人机的日常维护保养以及常见故障的排除方法，使学生具备一定的维修和故障排除能力。
以上四个模块的设计，使得学生在校期间即能够学习到无人机的基本理论知识，又能够亲自动手进行实践操作和应用体验，提高学生的实际操作能力和应用能力。
1. 实验室教学：通过在实验室内设置仿真飞行环境，学生可以进行真实的飞行操作，学习无人机的操作技巧，并且在实验室内还可以进行无人机的基本构造拆装、传感器测量、操控装置调试等基础实践操作，为学生提供一个比较安全、逼真的实践环境。
2. 野外实习：结合课程要求，学生需到达指定场地进行无人机的野外飞行实习，学生需要根据飞行场地的环境、地形、气象等条件进行航线规划，实地操作无人机进行飞行试验，进行无人机的姿态控制、高度控制、航向控制等实际飞行操作。
基于ARM处理器的无人飞行器飞控导航系统一体化设计
基于ARM处理器的无人飞行器飞控导航系统一体化设计作者：陈亚锋来源：《现代电子技术》2015年第17期摘要：为实现无人飞行器飞控导航系统功耗低、体积小、低成本、高集成度等目标，提出一种基于ARM架构STM32F405微处理器和MEMS传感器芯片的无人飞行器飞控导航一体化控制系统设计方案。
详细介绍了控制系统的原理、组成以及软硬件设计过程，并引入非线性鲁棒控制算法以提高控制系统的精度及抗干扰能力。
仿真结果表明，采用非线性鲁棒控制算法的控制系统性能稳定，并且具有控制精度良好、鲁棒性较强等特点。
关键词：无人飞行器； ARM微处理器； MEMS传感器；非线性鲁棒控制中图分类号： TN967⁃34； V249 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）17⁃0093⁃04Integration design of UAV flight control navigation system based on ARM microprocessorCHEN Yafeng（The 27th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Zhengzhou 450047， China）Abstract： To realize the targets of low power consumption， small size， low cost and high integration density of UAV flight control navigation system， the design scheme of integration control system for UAV flight control navigation based on ARM⁃STM32F405 microprocessor and MEMS sensor chip is proposed. The principle， constitution， and the design process of hardware and software of the control system are introduced in detail. The nonlinear robust control algorithm is introduced to improve the accuracy of the control system and the ability of resisting disturbance. The simulation results show that this control system is stable and has good control precision and strong robustness by using the nonlinear robust control algorithm.Keywords： UAV； ARM microprocessor； MEMS sensor； nonlinear robust control0 引言无人飞行器在军用和民用方面的需求日益增多，特别是小型无人飞行器，已经在侦察打击、航拍测绘、消防减灾、电力巡线、农林植保等诸多领域得以研究应用。
基于ARM单片机四旋翼飞行器控制器设计
本科毕业论文（设计）基于ARM 单片机的四旋翼飞行器 控制器设计系 （部）专 业学 号学生姓名指导教师提交日期中工 信商概要近几年，微小型的四旋翼无人机已逐渐成为无人机领域的研究热点。
由于其灵活性，机体结构简单，维修方便等优点，并且可以在空中悬停，垂直起飞和着陆。
所以它在军事和民用领域巨大的应用潜力，在架构设计和飞行控制国内外许多研究机构的研究也致力于四个旋翼无人机飞行控制系统，以实现四个旋翼无人机自主飞行]10[。
四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分是其机载的传感器系统，由于它为机载控制系统提供了可靠的飞行状态信息，因此是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备之一。
本论文设计了一种基于ARM处理器作为主控制器的四旋翼飞行器，由MTi.G惯性导航一体机，高精度声纳传感器和无线遥控器为主的机载传感器系统。
该系统已经完成了航班状态信息的采集和处理，与空气中的控制器，实现了四旋翼飞行器空中自主悬停控制。
使用现有的机载控制器硬件平台的ARM嵌入式控制器的功能是构建一个功能完善，和机载传感器系统（微型姿态航向参考系统和声纳传感器）的采集和处理测量的数据，对采集到的数据以及遥控数据进行一定的PID算法的计算]2[，进而控制四个无刷直流电机的转动，实现可四旋翼飞行器的稳定飞行。
关键字：四旋翼无人机声纳传感器无刷直流电机Four rotor aircraft design based on ARM single chipmicrocomputerABSTRACTIn recent years，quadrotor helicopter has become a hotspot of the research about unmanned aerial vehicle(UA V)．It has high maneuverability，easy maintance，simple configuration, and the ability of agile hovering，vertical taking off and landing(VTOL)．Because of their huge potential application values for civil and military utilization，researches on the architecture of flight control system(FCS)are conducted by many universities and companies to achieve autonomous flight control of quadrotors．Onboard sensor system is a very important component of flight control system because it will supply reliable flight informations of quadrotor for the flight controller.In this paper，a self assembled quadrotor helicopter is used as the airframe for the flight control system design．An attitude measuring method based on ARM processor is proposed, which gives out attitude informations of medium and low accuracy. The data acquisition and processing about the flight information of quadrotor is accomplished．The qutonomous hovering control of quadrotor cooperating with flight control system onboard is achieved．A complete platform of flight control system onboard is estibalished by there—development of ARM embedded controller to make it possible for the scource code to be run on the ARM embedded controller．Onboard data accquiration and processing are implemented．Then PID algorithm for computing some of the collected data, and then control four brushless DC motor rotation, achieve stable flight four rotary wing aircraft.Keywords:Quadrotor ARM AHRS Sonar Four brushless DC motor rotation目录1 绪论 (1)1.1 研究的前景与意义 (1)1.2 国内外的研究现状 (1)2 设计任务 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 使用说明 (3)3 四轴飞行器样机结构与硬件选择 (4)3.1 样机结构与系统结构 (4)3.2 硬件设计与选型 (6)3.2.1 核心板 (6)3.2.2 陀螺仪 (6)3.2.2 超声波模块 (7)3.2.3 电源模块 (8)3.2.4 电机模块 (9)3.2.5 无线通信与显示 (10)4 程序设计与调试 (12)4.1 飞行器姿态导航的数据的采集 (13)4.2 声呐传感器数据的采集 (14)4.3 电机的控制 (15)4.5 调试 (16)结论 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录 (20)1 绪论1.1 研究的前景与意义四旋翼无人飞行器拥有很多优点和广阔的应用前景。
基于STM32和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器设计
基于STM32和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器设计温全;成天乐;苏泽亚【摘要】本四旋翼自主飞行器采用STM32F407ARM芯片作为飞控主控制核心, 硬件包括了飞行姿态采集模块、超声波测距模块、摄像头循迹模块、无刷电机驱动模块以及STM32F407摄像头数据处理模块等. 飞行姿态处理由 MPU-9150加速度计陀螺仪提供, 实现了飞行器的平稳飞行. 超声波测距模块和摄像头循迹模块为飞行器提供导航参数,使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行.为了保证摄像头数据处理的实时性,本设计中增加了一片STM32F407芯片专门处理摄像头数据.通过姿态解算、PID控制算法、摄像头数据采集处理, 使飞行器实现一键式起飞, 定高跟着赛道线稳定飞行, 最终平稳降落. 通过多次测试,证明该基于双STM32芯片和OV2640的自主循迹四旋翼飞行器稳定、可靠.%The four-rotor aircraft uses STM32F407ARM autonomous flight control chip as the main control center hardware which includes flight attitude acquisition module, ultrasonic ranging module, camera tracking module, brushless motor drive module and STM32F407 camera data processing module.In order to ensure real-time camera data processing, the design adds a STM32F407 chip dedicated camera data processing.Through attitude computation, PID control algorithm, camera data acquisition and processing, aircraft can take off by one touch, flight stably along given height track line, and ultimately get a smooth landing.Several tests prove that the autonomous tracking four-rotor aircraft based on dual STM32 chip and OV2640 is stable and reliable.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)022【总页数】3页(P105-107)【关键词】四旋翼飞行器;自主循迹飞行;PID算法【作者】温全;成天乐;苏泽亚【作者单位】湖南文理学院, 湖南常德 415000;湖南文理学院, 湖南常德 415000;湖南文理学院, 湖南常德 415000【正文语种】中文【中图分类】TP391.41四旋翼飞行器,也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器，可以搭配微型相机录制航拍视频。
基于ARM的四旋翼姿态控制器设计
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１６．２４（６） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
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文章编号：１６７１ ４５９８（２０１６）０６ ００７７ ０３ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１６．０６．０２１ 中图分类号：ＴＨ８７３．７ 文献标识码：Ａ
基于 犃犚犕 的四旋翼姿态控制器设计
吴承建，沈 捷，陈乾坤
（南京工业大学 电气工程与控制科学学院，南京 ２１１８１６）
摘要：四旋翼姿态控制器采用集成了加速度计和陀螺仪的惯性测量单元，实时采集姿态数据，传 输 给 Ｃｏｒｔｅｘ－ Ｍ４ 内 核 的 处 理 芯 片， 利用四元数姿态解算方法，对加速度和角速度数据融合解算处理；采用位置式 ＰＩＤ 控制算法， 控 制 ４ 个 无 刷 电 机 的 转 速， 实 现 控 制 四 旋 翼飞行器的飞行姿态；建立万向云台调试系统，通过实践调试验证该控制器能实现控制四旋翼姿态的稳定性；稳定飞行时，姿态角的平 均 振 荡 范 围 为 ５°。
飞行控制器的惯性测量单元实时测量四旋翼飞行器的姿态 数据［２］，本控制器中 采 用 的 型 号 为 ＭＰＵ６０５０， 该 单 元 内 部 集 成了一个三轴 ＭＥＭＳ加速度计和一个三轴 ＭＥＭＳ陀螺 仪， 通 过ＩＩＣ 接口与主控芯片连接。由于数 据 打 包 传 输， 微 控 制 芯 片 在接收到 数 据 后 必 须 先 进 行 离 散 化 处 理， 分 化 为 对 应 的 犡、 犢、犣 轴数据。ＭＰＵ６０５０对陀螺仪和加速度计分别使用了３个 １６位的 ＡＤＣ，将测量的 模 拟 量 转 换 为 可 输 出 的 数 字 量； 为 了
图 １ 四 旋 翼 控 制 器 结 构 图
有通信接口资源丰富、功耗较低、成本低和外设功能较全等特 点，并且支持 ＦＰＵ 浮 点 运 算， 提 高 了 数 据 运 算 精 度［４］。 芯 片 将惯性测量单元采集到的加速度与角速度数据解算成姿态角， 经过增量式 ＰＩＤ 控 制 算 法 处 理， 产 生 相 应 占 空 比 的 ＰＷＭ 波。 惯性测量单元从采 集 到 传 输 给 主 控 制 芯 片 耗 时 约 ３ ｍｓ， 因 此 对微控制器 响 应 速 度 有 一 定 的 要 求。 从 ＳＴＭ３２Ｆ４０７ＶＧＴ６ 的 特点来看，丰富的接口资源能够充分的满足上位机、串口、传 感器等对接口的要求。 １２ 惯 性 测 量 单 元
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证
基于matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证1. 引言1.1 背景介绍四旋翼飞行器是一种新兴的无人机飞行器，具有垂直起降和灵活性强的特点，在军事、民用和科研领域都有广泛应用。
随着科技的发展和社会的需求不断增加，四旋翼飞行器的控制系统设计和稳定性问题成为研究的热点之一。
在四旋翼飞行器的控制系统设计中，控制算法的选择和实现是至关重要的。
控制算法的设计直接影响到飞行器的稳定性和飞行性能，因此需要针对四旋翼飞行器的特点和需求来设计相应的控制算法。
通过基于Matlab的仿真分析，可以模拟四旋翼飞行器在不同环境和条件下的飞行情况，验证控制算法的有效性和稳定性。
抗干扰验证也是十分重要的，因为四旋翼飞行器在实际飞行中会受到各种干扰因素的影响，需要设计相应的控制策略来应对。
本文旨在通过基于Matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证，研究四旋翼飞行器的控制系统设计和稳定性问题，为提高飞行器的飞行性能和稳定性提供理论支持和实验数据。
也希望为今后进一步研究和开发四旋翼飞行器提供参考和借鉴。
1.2 研究目的研究目的是通过基于Matlab的四旋翼控制仿真与抗干扰验证，探索四旋翼控制系统设计中的关键技术和方法，提高四旋翼系统的飞行稳定性和精度。
具体目的包括但不限于：深入研究四旋翼控制系统的设计原理和模型，探讨控制算法在四旋翼系统中的实际应用，分析控制系统对不同外部干扰的响应能力。
通过仿真验证和抗干扰实验，验证控制算法在不同环境条件下的有效性和稳定性，为四旋翼系统的工程应用提供理论支持和技术指导。
通过研究实践，深入理解四旋翼系统的控制原理，为进一步完善四旋翼系统的控制性能以及解决其在实际应用中面临的挑战提供参考和方向。
通过本研究，旨在为四旋翼控制技术的研究和应用提供新的思路和方法，推动四旋翼技术的发展和应用。
1.3 研究意义四旋翼无人机在军事、民用领域得到了广泛的应用，随着无人机技术的发展，其控制系统的设计和性能优化变得尤为关键。
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四旋翼无人机由机架、电机及驱动模块、飞行控制处理器、姿态传感器模块、无线通信模块、遥控器模块和电源模块等组成，飞行器通过改变两对相互交叉对称的旋翼的转向和转速，实现各种飞行姿态的控制，可以实现飞行器的一键起飞、一键降落，空中平稳定点悬停等飞行任务，使用FPV图传设备将摄像头拍到的图像传输回手机，完成四旋翼空中摄像的任务要求。
引言：四旋翼无人机体积小，质量轻，携带方便，通过改变四个电机的转速即可实现四旋翼的姿态控制，在小区域范围内实现起飞，盘旋，飞行，着陆等动作（姜成平，一种四旋翼无人机控制系统的设计与实现研究，哈尔滨工业大学，2014年），且飞行机动能力更加灵活，对侦察拍照，航空测绘具有强劲优势，有很好的发展前景。
1 总体方案设计1.1 系统硬件组成
四旋翼飞行器是由4个独立控制转速的直流无刷电机驱动的螺旋桨提供全部动力的飞行装置，呈对称的十字结构，相邻的螺旋桨旋转方向相反（李尧，四旋翼飞行器控制系统设计，大连理工大学，2013年）。
飞行器底部安装有摄像头，摄像头安装在数字舵机上，可实现180度转向，系统结构如图1所示。
1.2 系统工作原理
四旋翼飞行器系统共有4个输入，在空间却有6个自由度的输出（于卫卫，三自由度四旋翼盘旋系统控制问题研究，沈阳:东北大学，2007年）。
建立三轴坐标系，进行系统的运动分析，使用加速度传感器测量由物体重力加速度引起的加速度量，通过重力分量进行三个坐标轴的量化，使用三角函数arccos函数计算出三个坐标轴的倾角也叫欧拉角θ、φ、Ψ，飞行器与y轴之间的夹角θ，主要通过左右螺旋桨产生升力差进行控
基于ARM
的空中摄像四旋翼无人机
西北民族大学电气工程学院 李金鹏 丁玉琳 李蔚敏
制，其关系为ΣM=L(F 4-F 3)=I y θ；飞行器与x轴之间的夹角φ，主要通过前后螺旋桨产生升力差进行控制，其控制关系为ΣM=L(F 1-F 2)=I x φ；飞行器绕z轴旋转Ψ角度，螺旋桨产生的扭矩及升力与Ψ角之间的关系为ΣM=M 4+M 3-M 2-M 1 =I z Ψ后；角速度传感器测量一段时间内的角度变化率，对两次测量时间差值进行积分得到角度增值量（宋英麟，鲜斌，茹滨超，曹美会，无人机微型姿态航向系统数据处理，中南大学学报，2013年），可得到飞行器当前的角度：
对加速度计和陀螺仪两个输入量用互补滤波思想分别进行姿态角解算，修正陀螺仪积分的漂移误差（向少林，基于互补滤波算法的四轴飞行控制系统设计，机电工程，2016年）；采用角速度反馈闭环控制系统的稳定性，不断使飞行姿态逼近遥控器输入的期望姿态。
系统受力如图2所示。
图2 四旋翼飞行器受力结构图
图3 四旋翼飞行器系统框图
2 硬件的设计与实现2.1 硬件电路设计
本次设计的四旋翼的飞行控制器，是以STM32为主控芯片，具有多输入多输出，响应快可以实时控制等优点，使用9轴传感器MPU-9250实时检测飞机运行姿态，通过总线协议与STM32进行通信，使用无线通信模块需要将遥控器的信号发送到四旋翼上。
硬件的总设计框图3如图所示。
2.2 主控芯片及姿态模块
STM32单片机新增了FPU单元和DSP指令集，主频达到168MHz，可以实现数据的高速运算，具有高性能、低功耗等优点，MPU-9250作为飞行器的姿态传感器（万文典，高精度磁力计的数据采集模块
图1 四旋翼飞行器系统结构图
DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.04.086
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设计，集成电路应用，2012年），将陀螺仪、加速度计、磁力计集成在一个模块上，消除了多传感器之间轴间差问题，减少了传感器的体积，降低了系统功耗。
3 软件设计与实现
STM32单片机使用的软件版本为MDK5.16a，采用滤波算法解算出飞行器姿态角，通过对滤波器预测数据动态加权修正外界杂波。
使用串联PID调节（陈自力，无人机-嵌入式控制，北京：国防工业出版社，2015年），将其中一级PID的输出作为另一级PID的输入，在结构上形成两个闭环，一个闭环为内回路，负责粗调，另一个为外回路，负责细调，第一个PID的期望量为期望达到的角度，第二个PID的期望量为此时该轴的角速度，角度环为外环，角速度环为内环。
由遥控器定期向飞行器传输控制指令，摇杆电位器为两个滑动变阻器构成的可进行两自由度移动的模块，有单片机的AD引脚采集电压值判断摇杆位置，再将其数值通过无线模块发送到飞行器
上，作为串联PID的目标量实现姿态控制。
4 结论与展望
①本文对四旋翼无人机的组成和工作原理进行了简单的一个介绍，并对四旋翼无人机提出了总体设计方案。
②对四旋翼无人机进行了软硬件的设计，对各传感器的数据采集和分析，采用PID控制算法对无人机进行姿态控制。
③飞行器设计完成后，进行了飞行试验，试验还存在许多不足之处，只完成了自稳平衡功能。
基金项目：西北民族大学本科生科研创新项目资助（项目编号：Y18197）。
作者简介：李金鹏（1996—），男，甘肃人，2016级电气工程及其自动化。
通过对进入车库的驾驶人员的人像采集与上传，进而进行车位规划，并实现在车辆出库时对同一车辆的驾驶人员的人像匹配；在此基础上，基于局部特征分析的人脸识别算法不能很好地适应不同场景的人脸识别，将局部特征分析的算法加以改进，可以提高对车库门禁系统的智能控制；这是本文对智能车库门禁系统在人脸识别技术上的改进提出的设想。
引言：随着世界人口城市化和我国城镇建设步伐的加快，城市人口和社区住宅不断增加，城镇建设逐渐现代化、科技化、智能化，车库的安全性也是尤为重要。
传统的车库门禁系统采用停车取卡、识别车牌号等方式进出，但这样的方式存在一定的弊端，如若卡遗失后，出现被他人代用或无法取车等隐患，又如若车辆被盗取被他人开走车辆，无法做出相应的措施，给人们带来极大不便；
人脸识别技术的发展越来越迅速，其具有辨识度高、识别速度快、稳定好等方面的特点，本文就针对目前车库系统管理所存在的不足，将人脸识别技术与智能门禁系统相结合，并对相应的人脸识别技术提出了建设性的设想。
1.传统的人脸识别弊端分析
已存在的人脸识别技术主要包含人脸检测、人脸特征提取与计算、人脸比对3个步骤。
在智能车库应用中，具体从收录通过检测车内的人脸图像，提取人脸特征，人脸特征点的定位并对人脸特征进行建模与分析，通过人脸对比进行库内检索并进行身份确认。
尚存在完整的人脸识别流程，究其不足之处加以改进，得到简略的流程图如图1所示。
1）图像预处理：传统的人脸识别算法对摄像头采集到的人脸图像进行合适比例的像素缩放，并进行光照度校正。
2）人脸五官比例点识别：传统的局域特征提取采用对特征点进行定位，进行人脸五官比例的定位，利用五官的结构光，放入神经网络中反复学习。
使用BP神经网络对鼻尖、瞳孔、眉心、眼角、嘴角进行特征点定位，采集部分样本送入定位神经网络进行分类训练，后进行定位，测算五个特征点之间的比例，形成相应人像模型图。
如果定位
错误则多次送入神经网络进行反复学习和训练直至其具备定位能力。
3）局部多尺度特征提取与匹配：在每个特征点对应的线性子空间中求得最优特征向量的投影值最大。
4）人脸匹配识别：在系统中根据重要程度给每个特征点设置不同的阈值与权值，这种阈值要求每个特征点的相似度都要超过它。
同时设置整体阈值，它要求对各特征点的阈值加权计算要超过它。
图1
基于以上的人脸识别算法总结得出：这样的反复学习带来了大量参数，参数过多导致训练过慢，准确率不稳定等问题，所以在人脸识别算法中引入了深度神经网络。
能以较少的参数重构人脸的特征，并利用自身生成的参数初始化深度神经网络隐含层的参数，并能达到高模型精度。
2.深度神经网络
2.1 关于SAE与卷积神经网络
基于人脸识别技术的智能车库门禁系统的研究
西藏大学 彭钰琳 张宝正
DOI:10.19353/ki.dzsj.2019.04.087。