基于stm32的四轴飞行器——开题报告
基于STM32的四轴飞行器设计
基于STM32的四轴飞行器设计引言：四轴飞行器（Quadcopter）是一种重量轻、机动性强的飞行器，在无人机技术中应用广泛。
本文将介绍基于STM32的四轴飞行器设计。
一、STM32介绍：STM32是意法半导体公司推出的一款高性能32位微控制器系列，它具有强大的计算处理能力和丰富的外设资源，非常适合用于四轴飞行器的设计和控制。
二、硬件设计：1.处理器选择：选用性能较高的STM32系列微控制器作为飞行器的主控制单元，可根据实际需求选择合适的型号。
考虑到计算处理能力和外设资源的要求，建议采用高性能的STM32F4系列或STM32H7系列微控制器。
2.传感器：四轴飞行器需要借助多种传感器来获取飞行状态的信息，包括陀螺仪、加速度计、磁力计等。
这些传感器可以通过I2C或SPI接口与主控制单元连接，以获取实时的飞行姿态和姿态控制信息。
3.无线通信模块：可选择适合的无线通信模块，如Wi-Fi模块或蓝牙模块，用于与地面站或其他设备进行数据传输和控制指令的交互。
通过无线通信模块，可以实现四轴飞行器的遥控操作和数据传输。
4.电机和电调：四轴飞行器需要四个无刷电机和相应的电调来实现动力推力的控制。
电机和电调的选择应根据载荷和预期飞行能力来确定，同时需要考虑与主控制单元的通信接口兼容性。
5.电源系统：四轴飞行器需要一种可靠的电源系统来驱动其各个部件。
主要包括锂电池、电流传感器和稳压模块。
电流传感器用于监测整个系统的功耗，稳压模块用于为主控制单元和其他模块提供稳定的电源。
6.启动与显示模块：飞行器需要一种方便的启动与显示模块来显示系统状态和预警信息。
可以选择配备一块小型的液晶显示屏或LED指示灯，以及相关的按键和蜂鸣器。
三、软件设计：1.实时操作系统（RTOS）：可以选择合适的RTOS系统，如FreeRTOS或CMSIS-RTOS，用于实现四轴飞行器的任务管理和调度。
RTOS可以提供任务优先级调度、实时中断处理等相关功能，保证飞行器的实时性和稳定性。
基于STM32单片机的四轴飞行器飞行系统设计
集宁师范学院学报/Nov.2017/No.6基于STM32单片机的四轴飞行器飞行系统设计张仲俊汪材印（宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州234000）摘要：针对现阶段四轴飞行器飞行中存在的稳定性问题，通过对互补滤波、四元数、串级PID等技术的研究，设计了一种基于STM32的四轴飞行器飞行系统。
该系统采用STM32作为主控芯片，利用9轴传感器（3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计）GY-86测得原始数据，经过四元数姿态解算得到飞行器的姿态信息，再通过遥控器和主控板进行通信，利用串级PID控制算法驱动无刷电机实现四轴飞行器的稳定飞行。
实验测试结果表明：该系统能够保证四轴飞行器的稳定飞行，有很好的实用价值。
关键词：四轴飞行器；STM32；GY-86；互补滤波；四元数；串级PID中图分类号：V249文献识别码：A文章编号：2095-3771(2017)06-0027-06四轴飞行器属于一种小型飞行器，具有体积小、飞行高度低、灵活度高等众多特点，因而在空间小的区域飞行独具优势。
在航拍、线路巡检、数据采集等军用与民用领域中，四轴飞行器均有着广泛的应用前景。
由于四轴飞行器体积小、重量轻，在无风情况下能够正常飞行，但在天气恶劣的情况下，因其抗干扰能力差,非线性又十分复杂，以往的飞行控制方式并不能发挥理想的效果，因此，需要设计一种能够使四轴飞行器稳定飞行的系统。
1四轴飞行器飞行系统工作原理四轴飞行器简单来讲是一个在空间中含有六个活动自由度[1]，然而仅仅存在四个控制自由度的系统，所以此类飞行装置又被命名为欠驱动系统（唯有控制自由度和活动自由度完全相等之时才可以将其命名为完整驱动系统）。
但仅针对姿态控制而言，它是通过完整驱动的方式进行运作的。
为了保持飞行器的稳定飞行，在四轴飞行器上装有由3轴陀螺仪和3轴加速度计组建而成的惯性导航模块，从而能够准确的获取飞行器在任意时刻相对地面的各类飞行状态数据。
飞行控制器利用特定的运算方式来确保飞行器在飞行过程中具有足够的旋转力和上升力，并利用专门配置的电子调控器来确保电机能够保持充足的能量输出，从而实现稳定飞行[2]。
基于STM32的四轴飞行器设计
基于STM32的四轴飞行器设计四轴飞行器是一种常见的航空模型，它由四个电动马达驱动，通过调整转速控制飞行器的姿态和位置。
在本文中，我将介绍如何使用STM32微控制器设计一个四轴飞行器。
这项设计需要以下四个组成部分：飞行控制器、传感器、电动机和通信模块。
首先，我们需要一个飞行控制器来处理飞行器的姿态控制和位置控制。
我们可以使用STM32微控制器作为飞行控制器，因为它具有强大的计算能力和高性能的外设。
STM32微控制器通常具有多个通用输入/输出引脚，用于连接传感器和电动机。
此外，STM32微控制器还可以运行飞行控制算法并控制电动机的转速。
其次，我们需要一些传感器来感知飞行器的姿态和位置。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。
陀螺仪可以测量飞行器的旋转速度和方向，加速度计可以测量飞行器的加速度和倾斜角度，磁力计可以测量飞行器相对于地球磁场的方向。
这些传感器的测量数据将用于计算和控制飞行器的姿态和位置。
第三，我们需要四个电动机来驱动飞行器的运动。
每个电动机都连接到飞行控制器的输出引脚，并通过调整电动机转速来调整飞行器的姿态和位置。
通过控制四个电动机的转速，我们可以实现飞行器在空中的稳定飞行和准确控制。
最后，我们需要一个通信模块来与飞行器进行通信。
通常，我们使用无线通信模块，如蓝牙或无线局域网，来控制飞行器的飞行和监控其状态。
通过与通信模块连接，我们可以使用智能手机或其他设备来发送指令和接收飞行器的数据。
在设计四轴飞行器时，我们需要首先将传感器和电动机连接到STM32微控制器。
然后，我们需要编写飞行控制算法并将其加载到STM32微控制器上。
接下来，我们可以使用通信模块与飞行器连接并发送控制指令。
最后，我们可以启动电动机并观察飞行器的飞行和姿态控制效果。
总之，基于STM32微控制器的四轴飞行器设计是一个复杂而有趣的工程项目。
通过合理选择传感器、编写飞行控制算法和使用通信模块，我们可以实现一个高度稳定和可控的四轴飞行器。
基于STM32的四旋翼飞行器设计
基于STM32的四旋翼飞行器设计四旋翼无人机是一种多轴飞行器，由四个电机驱动四个旋翼产生升力来进行飞行。
它具有简单结构、灵活机动、携带能力强等特点，被广泛应用于航空航天、电力、农业、测绘和娱乐等领域。
本文将基于STM32微控制器，设计一个基本的四旋翼飞行器。
首先，我们需要选用一款合适的STM32微控制器作为核心控制单元。
根据不同需求，可以选择不同型号的STM32芯片。
需要考虑的因素包括处理器性能、输入输出接口、通信接口等。
接下来，我们需要选用合适的电机和电调。
电机和电调是四旋翼飞行器的动力系统，直接影响飞行器的性能。
选择电机时需要考虑电机功率、转速、扭矩等参数。
而选择合适的电调则需要考虑电流容量、控制方式等因素。
四旋翼飞行器还需要传感器来获取飞行状态和环境信息。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计、磁力计和气压计等。
这些传感器将实时提供飞行器的姿态、加速度、地理位置和气压等数据，用于飞行控制。
在飞行控制方面，我们需要实现飞行器稳定的控制算法。
PID控制器是常用的控制算法之一，通过调节电机转速来控制飞行器的姿态。
PID控制器的参数需要根据实际情况进行调整，以实现稳定的飞行。
此外，四旋翼飞行器还需要通信功能，以便与地面站进行数据传输。
常见的通信方式有蓝牙、Wi-Fi和无线电调制解调器等。
通信功能可以实现飞行器的遥控和数据传输，使飞行器具备更广阔的应用空间。
最后，为了实现全自动飞行，还可以加入GPS导航系统和图像处理系统。
GPS导航系统可以提供精准的飞行位置和速度信息，通过编程实现预设航点飞行。
图像处理系统可以通过摄像头获取实时图像，并进行目标识别和跟踪，实现智能飞行等功能。
综上所述，基于STM32的四旋翼飞行器设计需要考虑微控制器选型、电机电调选择、传感器使用、飞行控制算法、通信功能等方面。
通过合理的设计和编程，可以实现一个功能齐全、性能稳定的四旋翼飞行器。
基于STM32的四轴飞行器设计
1.主控单元。主控单元采用意法半导体公司生产的STM32F103T8U6。芯片基于ARM crotex-M3内核,工作频率能达到72MHz，具有64KB的片内程序存储器，20KB的SRAM，1个SPI接口，1个IIC接口，2个USART接口以及2个10通道的ADC，足够满足系统要求。并且芯片具有VFQFPN36封装，大小仅为6mm*6mm，极大地节省了电路板上的空间。
4.电机驱动电路。系统采用4个十字对称分布的直流电机提供升力，电机驱动电路由N沟道增强型场效应管搭建，通过STM32引脚输出的PWM信号控制电机的转速。
三、程序设计
系统上电后首先进行硬件的初始化，包括初始化时钟、定时器、IIC总线、SPI总线以及各种外部芯片等等。初始化完成后系统进入主循环。定时器每隔1ms中断一次，在中断程序中将全局变量count加1，当count等于100的时候清零。所以程序每隔10ms进行一次姿态解算，并经过PID算法控制4个电机的转速，调节飞行器姿态。每隔20ms接收无线遥控数据，并对指令进行解析，根据指令控制飞行器的各种动作。每隔100ms检查一次电池电量，当检测到电量不足时向遥控端发出提醒信号。
参考文献
[1]程学功四轴飞行器的研究与设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2012。
[2]陈振兴基于STM32的微型四轴飞行器研究与设计[D].天津：河北工业大学，2013。
[3]STMicroelectronics STM32 Reference manual[R]，2010。
关键词：四轴飞行器 惯性传感器PID算法
一、引言
四轴飞行器是无人飞行器的一种，飞行器的动力由四个旋翼式的飞行引擎提供。由于四轴飞行器具有结构简单、体积小、单位体积能产生更大升力等优点，使得四轴飞行器的应用范围越来越广泛，从军用到民用、商用领域都有涉及。近十几年来，随着微系统、传感器以及控制理论等技术的发展，四轴飞行器的研究取得了极大的进步。四轴飞行器的发展也更趋于小型化、多样化。本设计采用STM32微控制器作为运算处理单元，通过IIC总线读取惯性传感器数据，通过四元数算法和卡尔曼滤波算法进行融合后进行姿态解算，从而得到当前飞行器姿态角度。微控制器利用当前得到的姿态角度与期望的姿态角度作对比，得到偏差角度输入到PID控制算法，算法的输出控制四个电机的转动，从而实现飞行器自主稳定飞行。
基于STM32的微型四旋翼飞行器的设计
基于STM32的微型四旋翼飞行器的设计郭强;汤璐【期刊名称】《工业控制计算机》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】微型四旋翼飞行器是一种结构简单、外形新颖、性能优良的垂直起降无人机，具有重要的军事和民用价值，是当前的研究热点。
介绍了以STM32为微控制器、以CC3000 Wi－Fi模块为通信控制媒介、以MEMS九轴姿态传感器（三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁阻传感器）以及气压传感器作为姿态感知的四旋翼飞行器的设计。
给出了系统控制核心设计、电源模块设计、惯性测量模块设计，电机驱动模块设计，Wi－Fi无线通信模块设计。
%This paper introduces the design of the quadrotor,whose controI center is based on STM32 microcontroI er,the communication and controI medium is based onCC3000 Wi-Fi moduIe,and the attitude perceived is based on Nine-Axis (3-axis Gyro,3-axis AcceIerometer,3-axis Compass) MEMS motion tracking devices and aItimeter sensors.This paper describes the design of system controI part,power moduIe,IMU moduIe,motor drive moduIe and Wi-Fi wireIess communication moduIe.【总页数】3页(P12-13,16)【作者】郭强;汤璐【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院，上海200072;上海大学机电工程与自动化学院，上海200072【正文语种】中文【相关文献】1.基于STM32微型四旋翼飞行器设计与实现 [J], 王磊2.一种基于STM32的微型四旋翼飞行器硬件设计方案 [J], 尹项博;张亚明;王珂;马浩洋;苏一凡3.基于STM32微型四旋翼飞行器设计与实现 [J], 张鹏;王彬;4.基于STM32的微型四旋翼飞行器设计 [J], 古训; 郑亚利5.基于STM32的微型四旋翼飞行器的设计与研究 [J], 李亚杰;葛宇;张晔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现共3篇
基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现共3篇基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现1基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现四旋翼飞行器可以说是近年来无人机发展的代表，其在农业、环保、救援等领域的应用越来越广泛。
本文将介绍基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现，着重讲解硬件设计和程序开发两个方面的内容。
一、硬件设计1、传感器模块四旋翼飞行器需要各种传感器模块来获取飞行状态参数，包括加速度计、陀螺仪、罗盘、气压计等。
其中，加速度计和陀螺仪通常被集成在同一个模块中，可以采用MPU6050或MPU9250这种集成传感器的模块。
气压计则可以选择标准的BMP180或BMP280。
罗盘的选型需要考虑到干扰抗性和精度，常用HMC5883L或QMC5883L。
2、电机驱动四旋翼飞行器需要四个电机来驱动，常用的电机是直流无刷电机。
由于电机电压较高，需要使用电机驱动模块进行驱动。
常用的电机驱动模块有L298N和TB6612FNG等。
3、遥控器模块飞行器的遥控器模块通常由一个发射器和一个接收器组成。
发射器采用2.4G无线传输技术，可以通过遥控器上的摇杆控制飞行器，遥控器还可以设置飞行器的航向、高度等参数。
接收器接收发射器传来的信号，必须与飞行器的控制系统进行通信。
4、飞行控制器飞行控制器是飞行器的核心部分，它通过传感器模块获取飞行状态参数，再结合遥控器模块传来的控制信号，计算出飞行控制指令，驱动电机模块控制飞行器的不同动作。
常用的飞行控制器有Naze32、CC3D、Apm等，本文将采用开源的Betaflight飞行控制器。
二、程序开发1、Betaflight固件烧录Betaflight是一款基于Cleanflight的开源固件，它具有良好的稳定性和强大的功能。
将Betaflight固件烧录到飞行控制器中需要使用ST-Link V2工具，同时需要在Betaflight Configurator中进行配置，包括传感器矫正、PID参数调整、遥控器校准等。
基于STM32控制的微型四轴飞行器
西华大学610039摘要：在对我很感兴趣的项目微型四轴飞行器进行了功能描述的基础上展开了对系统深入研究的方案设计。
该系统（装置）主要由飞控，遥控，蓝牙或WIFI模块，通信模块等组成。
飞控是由stm32f103作为主控，采用MPU6050作为惯性测量单元。
遥控是由arduino作为主控。
通信运用2.4G无线模块。
在AD环境中完成对飞控的的设计。
在keil 5中完成软件的设计。
然后，通过proteus软件完成飞控的模块的仿真与调试。
最后，分析了项目的计划完成情况。
关键词：四轴飞行器控制 stm32 通信设计引言随着社会的发展和科技的进步，我们迎来了新的时代。
在这个高速发展时代，所有的物品都在日新月异的变化。
我们小时候的纸飞机玩具变成了现在的遥控飞机，其中的四轴飞行器备受大众喜欢。
但是四轴飞行器的用处还有多，如林业，侦察，航拍，运输，娱乐观赏等领域，目前热门的航拍就是基于稳定四轴及云台搭建的平台实现，然后其他邻域应用还有相当的潜力。
四轴飞行器将会是很有潜力和未来需求的，代替人类运输，派遣去危险的地方拍摄，或者是交通，个人飞行器等等。
所以四轴飞行器以后一定可以成为主流产品，在生活的方方面面都可能会用到。
1项目1.1 项目描述近年来,国内科技领域对四轴飞行器的研究如火如荼,相关技术得到了迅速的发展。
随着信息化时代的蓬勃发展, 科学技术不断更新, 飞行器被广泛的应用在军事侦查、航拍以及民用快递运输等诸多行业。
四轴飞行器结构简单,操作灵活,单位体积内可提供巨大的升力,适合在狭窄环境中飞行,携带各种电子设备可执行各种任务,例如军事侦察、定位跟踪、农田监测等,在军事、民用等领域均有广泛的应用和广阔的前景。
本项目设计了一种基于STM32的微型四轴飞行器控制系统,以STM32单片机为主控制器,MPU6050为惯性测量单元模块核心,3.7V锂电池供电,通过蓝牙模块或wifi模块实现在手机App上来控制飞行器，或者通过自制遥控器来控制。
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2拟采用的研究思路(研究方法、技术路线、可行性论证):
1．研究意义
四旋翼飞行器是一种体型较小、无人驾驶，能够在空中实现自主飞行并执行一定任务的飞行器。与普通飞机相比,它具有其结构简单成本低,便于维护和制造等优势。而且在军事领域可以实施战场侦查、目标定位、单位跟踪、电子干扰甚至火力支援等任务,极大地减少人员伤亡; 在民用和科技领域,可以进行重大灾害侦查、搜寻与救援工作;也可以安装多种探测设备用于火灾、虫灾监测和地质勘探中；还可以携带多种科学设备进行科学实验。
指导教师(签名）：年月日
7学生开题报告的评审意见（是否同意进入毕业论文或毕业设计撰写阶段):
教学系主任（签字）：年月日
测量数据处理：利用SＴM32F10３的高速运算速度,处理由6轴加速度传感器MＰＵ６０5０传送来的状态信息,通过数据运算处理，输出不同的PWM波形驱动高速马达带动旋翼高速旋转产生升力，采用数值运算的软件程序设计方法。使四轴飞行器可以实现稳定飞行。
第三步,后续改进完善的思路。
3.可行性论证
近年来,四旋翼飞行器技术已经趋于成熟,从提供动力的无刷电机驱动控制到四旋翼飞行器的平衡控制都有许多优良的算法，并且关键元器件的成本也越来越低，为我们研究飞行器提供了客观条件。
[1４]ﻩ王广雄.199２.控制系统设计[M].宇航出版社.
[15]ﻩ王彤.19９5.ＰＣ机在测量和控制中的应用[M].哈尔滨工业大学出版社.
［１６]ﻩKiaｍHｅong Ang,Gregｏｒy Chonｇ，StｕdeｎtMｅmｂer,ＩＥEＥ, andYunＬi，Meｍｂeｒ, IＥEＥ.ＰIＤCｏｎｔｒolSｙsｔemＡnalｙsis, Deｓign,and Tecｈnologｙ［J]．IEEE Traｎsactionsｏn Energy Coｎｖｅrsion,2005,13(4)：559~5７4．
起止日期
主要任务
工作地点
检查方式
2０15年月日－月日
资料整理、撰写论文
校内
现场检查
2015年月日-月日
完成初稿
校内
现场检查
2015年月日-月日
修改、定稿
校内
现场检查
201５年月日－月日
答辩
校内
现场检查
6指导教师或指导小组评价(题目、工作要点、方法、进度及准备情况):
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[12]宋丽君,秦永元.MEMS加速度计的六位置测试法[D]．西安：西北工业大学,２009
[１3]J. X．Sheｎ，K. J. Tｓeｎg. Aｎaｌyses aｎd cｏmpｅnsatioｎｏｆrｏｔor poｓitiｏnｄetectionerror inｓensor-leｓs PM brushleｓs DＣ ｍｏtoｒdrivｅｓ[J].ＩEEE Transaｃｔioｎs on EnｅrｇyＣoｎveｒｓｉon， ２003,１8(１）: 8８~91．
成 都理工大学学生毕业设计 Nhomakorabea论文)开题报告
题目名称：
题目类型：
题目来源:
学生姓名:
学生学号:
专业名称:
导师姓名：
专业职称:
指导人数：
1主要研究内容、预期成果(鼓励有创新点):
研究内容：以SＴM32Ｆ103和6轴加速度传感器MPＵ6050为核心芯片加之高速马达及驱动电路制作一个四轴飞行器。系统首先利用6轴加速度传感器MPU6050获取飞行器状态信息;然后，处理器对数据进行分析汇总运算处理,驱动四个马达带动旋翼高速旋转产生升力，使飞行器升空飞行。
4主要参考文献目录及文献综述:
[]李尧.四旋翼飞行器控制系统设计[D].大连：大连理工大学,20１3．
[2]姜强.四旋翼无人飞行器航模自动驾驶仪设计与实现[D].成都：电子科技大学，2013.
[3]乔维维.四旋翼飞行器飞行控制系统研究与仿真[Ｄ］．太原：中北大学,20１２．
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2.研究方法和技术路线
（1）系统组成
系统由主控SＴM３2Ｆ103处理器主控，６轴加速度传感器ＭＰU60５0,电机驱动电路,无线通信电路,电源电路，调试电路等组成。6轴加速度传感器MPU６０50用来实时获取飞行器状态信息;ＳTM32F103处理器数据进行分析汇总运算处理，控制驱动电路驱动四个马达带动旋翼高速旋转产生升力,使飞行器升空飞行。
（2）系统结构框图
（3）毕业设计的过程
第一步,确定设计方案,需要有方案比较的内容；
STＭ3２处理器价格便宜，6轴加速度传感器MPU6０50集成度高,所以采用此方案。
第二步，关键技术问题如何解决(这个要重点阐述！）;
飞行器状态信息的测量：STM32F103驱动６轴加速度传感器MＰU6050，编写程序获得飞行器的状态信息。程序设计采用C语言完成，控制流程包括初始化、发送转换命令和数据采集命令。
[5]ＳT.ＬIS3VDQ[Z]．Ｓwiｔｚeｒland：ST, 200５
[６]秦勇,赵杰,王晓宁.基于椭圆拟合误差补偿算法的数字磁罗盘[D］． 哈尔滨：哈尔滨工业大学机器人研究所，2０09
[7]ST.ＬIS3ＬV0２ＤQ[Z］.Switzｅｒland：ＳT，200９
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5工作计划：
最近一段时间,本人也搜集了一些资料，学习了一些四轴飞行器的硬件电路及控制方法,只要硬件设计合适，算法可靠，设计一个可以飞行的四轴飞行器可行。
3现有工作基础（毕业实习、资料收集情况及空间设备仪器条件等):
专业实验室现有的计算机、单片机开发板和相关调试设备充足，且运行状态良好,便于后期电路的调试和测试;相关参考资料已经购买或从图书馆借阅;此外,后期器件的采购和PCＢ电路的加工已经连续了厂家，货源有保障。