四轴飞行器设计概述
四轴飞行器课件(转)
算法上的实现
• 外环： (我的外环仅仅用了p项) • 外环输出值=p*（实际姿态解算角度值-平衡位置 姿态值-控制量） • exValue.Pitch_p =expidPitch.p*(Attitude.pitchControldata_PITCH-XStaticSet ); exValue.Roll_p =expidRoll.p*(Attitude.rollControldata_ROLL-YStaticSet ); • exValue.Yaw_p =expidYaw.p* (Attitude.yawSETYAW+Controldata_YAW);
谢谢大家
限幅
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • if( PWM_XZ<MinPeriod) PWM_XZ=MinPeriod; else if( PWM_XZ>MaxPeriod) PWM_XZ=MaxPeriod; if( PWM_XF<MinPeriod) PWM_XF=MinPeriod; else if( PWM_XF>MaxPeriod) PWM_XF=MaxPeriod; if( PWM_YZ<MinPeriod) PWM_YZ=MinPeriod; else if( PWM_YZ>MaxPeriod) PWM_YZ=MaxPeriod; if( PWM_YF<MinPeriod) PWM_YF=MinPeriod; else if( PWM_YF>MaxPeriod) PWM_YF=MaxPeriod;
内环pd
• 内环输出=p*（实际角速度值+外环输出角 度值）-d*（当前角速度-上一次角速度） • 也就是将外环输出的角度值作为期望值加 入内环控制当中。
四轴飞行器设计毕业设计论文
目录第一部分设计任务与调研 (1)1研究背景 (1)2毕业设计的主要任务 (1)第二部分设计说明 (2)1理论分析 (2)2设计方案 (6)2.1 微控制器的选择 (6)2.2 无线模块的选择 (7)2.3 其他模块图片 (9)第三部分设计成果 (10)第四部分结束语 (11)第五部分致谢 (12)第六部分参考文献 (13)第一部分设计任务与调研1研究背景四轴飞行器具备VTOL(Vertical Take-Off and Landing，垂直起降)飞行器的所有优点，又具备无人机的造价低、可重复性强以及事故代价低等特点，具有广阔的应用前景。
可应用于军事上的地面战场侦察和监视，获取不易获取的情报。
能够执行禁飞区巡逻和近距离空中支持等特殊任务，可应对现代电子战、实现通信中继等现代战争模式。
在民用方面可用于灾后搜救、城市交通巡逻与目标跟踪等诸多方面。
工业上可以用在安全巡检，大型化工现场、高压输电线、水坝、大桥和地震后山区等人工不容易到达空间进行安全任务检查与搜救工作，能够对执行区域进行航拍和成图等。
因此，四轴飞行器的研究意义重大。
2毕业设计的主要任务本设计基于Arduino平台的四轴飞行器，包括Arduino最小系统、传感器模块、供电模块、电机驱动模块、蓝牙通讯模块等部分组成。
通过Arduino最小系统采集各传感器模块的数据并进行分析，将处理结果送入电机驱动模块进行姿态调整，实现四轴平稳飞行，系统框图如下：图1 系统框图第二部分设计说明1理论分析设计一个基于Arduino开源硬件平台的最小系统板，采集传感器的数据，传递给主芯片，芯片通过具体算法得出数据调整翼动部分实现水平。
下面将分析一种常见的四轴飞行器姿态解算方法，Mahony的互补滤波法。
此法简单有效，先定义Kp，Ki，以及halfT 。
Kp，Ki，控制加速度计修正陀螺仪积分姿态的速度halfT ，姿态解算时间的一半。
此处解算姿态速度为500HZ，因此halfT 为0.001#define Kp 2.0f#define Ki 0.002f#define halfT 0.001f初始化四元数float q0 = 1, q1 = 0, q2 = 0, q3 = 0;定义姿态解算误差的积分float exInt = 0, eyInt = 0, ezInt = 0;以下为姿态解算函数。
四轴(多轴)飞行器概述
四轴（多轴）飞行器概述一、简介四轴（多轴）飞行器也叫四旋翼（多旋翼）飞行器它有四个（多个）螺旋桨，四轴（多轴）飞行器也是飞行器中结构最简单的飞行器了。
前后左右各一个，其中位于中心的主控板接收来自于遥控发射机的控制信号，在收到操作者的控制后通过数字的控制总线去控制四个电调，电调再把控制命令转化为电机的转速，以达到操作者的控制要求，前后马达是顺时针转动，需要安装反桨，左右马达是逆时针转动，需要安装正桨，机械结构上只需保持重量分布的均匀，四电机保持在一个水平线上，可以说结构非常简单，做四轴的目的也是为了用电子控制把机械结构变得尽可能的简单。
二、控制原理四轴飞行器的控制原理就是，当没有外力并且重量分布平均时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在螺旋桨向上的拉力大于整机的重量时，四轴就会向上升，在拉力与重量相等时，四轴就可以在空中悬停。
在四轴的前方受到向下的外力时，前方马达加快转速，以抵消外力的影响从而保持水平，同样其它几个方向受到外力时四轴也是可以通过这种动作保持水平的，当需要控制四轴向前飞时，前方的马达减速，而后方的马达加速，这样，四轴就会向前倾斜，也相应的向前飞行，同样，需要向后、向左、向右飞行也是通过这样的控制就可以使四轴往我们想要控制的方向飞行了，当我们要控制四轴的机头方向向顺时针转动时，四轴同时加快左右马达的转速，并同时降低前后马达的转速，因为左右马达是逆时针转动的，而左右马达的转速是一样，所以左右是保持平衡的，而前后马达是顺时针转动的，但前后马达的转速也是一样的，所以前后左右都是可以保持平衡，飞行高度也是可以保持的，但是逆时针转动的力比顺时针就大，所以机身会向反方向转动，从而达到控制机头的方向。
这也是为什么要使用两个反桨，两个正桨的原因。
三、电调我们平时用的商品电调是通过接收机上的油门通道进行控制的，这个接收机出来的控制信号一般都是20mS 间隔的PPM脉宽控制信号，而四轴为了提高响应的速度，需要控制命令的间隔更短-比如说5mS，所以就需要特殊的电调而不能用普通的商品电调，但是为什么要使用I2C总线跟电调连接呢，这个跟电路设计以及软件编写等有关，I2C总线在硬件连接上可以多个设备直接并连在总线上，它有相应的传输机制保证主机与各个从机之前顺畅沟通，这样连接就比较的方便，所以四个电调的控制线是并接在一起连到主控板上就可以了，这个也跟我们选用的芯片相关，很多单片机都有集成I2C总线的，软件设计起来也得心应手。
四轴飞行器的设计
四轴飞行器的设计随着电子技术的快速发展，四轴飞行器被越来越多的人们喜欢和使用，特别是用于航拍和军事领域，在不久的将来必然也会应用于越来越多的其他领域。
文章设计一款基于STM32F103C8T6为主控系统的小型四轴飞行器，采用keil5为软件开发环境，用MPU6050芯片进行姿态采集，根据采集到的数据进行姿态分析，进而控制其稳定飞行。
标签：四轴飞行器；单片机；PID1 无人机的发展历史及意义无人飞行器是指具有动力装置，而不要求有专业操纵人员的飞行器。
它利用螺旋桨通过转动形成向地面的气流来抵消机身的质量，可实现独立飞行或者远程控制飞行。
相对于固定翼无人机，旋翼无人飞行器的发展就较为缓慢，这是因为旋翼无人飞行器的控制系统较为复杂，早期的技术不能满足飞行要求。
然而旋翼机具备所有飞机和固定翼无人机的优点，其成本低，结构简单，无大机翼的限制，具有自主起飞及下降功能，事故代价低等特点。
四轴飞行器是多旋翼飞行器中结构最简单的一种，由于其应用前景广泛，很快就吸引了众多研究者的注意，特别是以美国等西方国家为主的大学在无人机的控制算法研究以及导航等方面取得了不少成果。
在我国，北京理工大学在基于PID控制算法，姿態控制方面也取得一定的成果。
国防科技大学从2004年开始对四轴飞行器相关技术展开研究，并自主设计了四轴飞行器的原型样机。
但四轴飞行器真正的进入公众视野却是2012年2月，美国宾夕法尼亚大学的VijayKumar教授在TED上做出四旋翼飞行器里程碑式的演讲[2]。
2 四轴飞行器的动力分析2.1 四轴飞行器的飞行模式四轴飞行器的飞行模式主要包括十字模式和X字模式两种，如图1所示。
十字模式下的飞行方向与其中一个电机的安装方向一致，而X模式下的四轴飞行器前进方向指向两个电机中间。
由于十字模式可以直接明了的分清四个电机在四轴飞行器飞行过程的作用，所以操纵简单，但动作灵活性差。
X模式飞行模式复杂，但动作灵活。
本次课题的四旋翼飞行器设计采用X模式。
四轴飞行器报告
四轴飞行器报告1. 前言四轴飞行器是一种无人机，由四个电动机驱动，具有稳定飞行的能力。
它在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
本报告将对四轴飞行器的结构、工作原理以及应用进行详细介绍。
2. 结构四轴飞行器主要由以下部件组成：•机架：提供了支撑和连接其他部件的框架结构，通常是以轻质材料如碳纤维制成。
•电动机：驱动飞行器飞行的关键部件，通常使用直流无刷电机。
•螺旋桨：由电动机驱动的旋转桨叶，用于产生升力和推力。
•电调：控制电动机的转速和方向，从而控制飞行器的姿态。
•飞控系统：负责接收和处理来自传感器的数据，计算飞行器的姿态和控制指令。
•电池：提供能量给电动机和其他电子设备。
3. 工作原理四轴飞行器的飞行原理基于牛顿第二定律。
通过调整四个电动机的转速和方向，可以控制飞行器的姿态和运动。
飞行器的姿态包括横滚、俯仰和偏航。
通过增加相对转速，可以产生横滚和俯仰的力矩，从而使飞行器向相应方向倾斜。
飞行器倾斜后，电动机产生的升力也会有所改变，使得飞行器能够前进、后退或悬停。
飞行器的稳定性是通过飞控系统来保证的。
飞控系统通过接收来自加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器的数据，计算飞行器的姿态和运动状态，并根据用户的控制输入调整电动机的转速和方向，以保持飞行器的稳定。
4. 应用四轴飞行器在军事、民用及娱乐领域都有广泛的应用。
在军事领域，四轴飞行器可以用于侦查、监视和目标跟踪。
由于其小型化、高机动性和隐蔽性，可以在不可接近的区域执行任务，提供重要的情报支持。
在民用领域，四轴飞行器可以用于航拍、物流和巡检等任务。
航拍业务能够提供高质量的航空影像，广泛用于地理信息和城市规划等领域。
同时，四轴飞行器还可以用于运送货物，解决最后一公里的配送问题。
此外，四轴飞行器还可以用于巡检任务，如电力线路、管道和建筑物的巡检，提高作业效率和安全性。
在娱乐领域，四轴飞行器常被用作遥控飞行器，供爱好者进行操控和竞赛。
爱好者可以通过多种方式定制飞行器的外观和性能，提升飞行器的性能和飞行体验。
无人四轴旋翼式飞行器模型的设计与制作
无人四轴旋翼式飞行器模型的设计与制作摘要无人四轴旋翼式飞行器是一种结构新颖的无人飞行器，在航空拍摄、农业检测、灾害搜救和军事侦察等方面具有广阔的应用前景。
在分析四轴飞行器运动姿态基础上，以X型主体骨架为基本结构设计了飞行器，通过集中控制器飞行控制芯片及程序设计，调节四轴无刷电机运动，实现飞行器的升降、倾斜和旋转等各种运动，并介绍了制作方法和调试过程。
经过设计、制作和调试及试运行，飞行器运行稳定，基本达到了设计要求。
关键词四轴飞行器；姿态控制；飞行控制芯片；设计制作无人四轴旋翼式飞行器，简称四轴飞行器，是一种特殊的无人飞行器，具有体积小、成本低、飞行灵活、操作简单和应用领域广等优点[1]。
四轴飞行器主要是由四个对称布置的无刷电机为其提供竖直方面升力动力。
因其特殊的动力结构，所以它不需要专门的反扭矩来维持平衡。
随着现代控制理论与电子控制技术的发展，近年来小型无人驾驶回旋翼飞行器技术有了很大的进步，出现很多专业的四轴飞行器科研团队。
相关单位针对四轴飞行器开展了研究，取得了一定成果[2-4]。
本文在学习分析四轴飞行器基本原理和飞行姿态控制方法等基础上，设计和制作了一架无人四轴飞行器模型，介绍了基本设计、制作和调试方法。
1 四轴飞行器基本原理四轴飞行器结构骨架分为X形模式和十字形模式两种。
X模式结构方案示意图如图1所示。
飞行器主要结构包括轴翼、机身、飞行控制计算机（系统）和其他部分及附件等。
其中，轴翼主要功能是固定安放在机身的四个轴末端，包括螺旋桨、电机和附属固定部件等。
飞行控制计算机（系统）固定在四軸的中心，控制整个飞行器的运动姿态，其中包括主控制系统，遥控接收系统，电机调速系统等。
机身用于固定各种电子系统、电缆和附属件等。
其他部分及附件主要包括GPS和云台系统，用于实现对飞行器定位和高空拍摄等功能。
四轴飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。
四轴飞行器有6个自由度，但只有四个输出力，所以它是一种欠驱系统。
四轴飞行器原理、设计与控制
四轴飞行器原理、设计与控制四轴飞行器设计与用途学院：广东白云技师学院专业：电子信息工程与电气技术（技师本科）制作学生：邹剑平指导老师：廖高灵四轴飞行器简介配置：单片机AVRATMEGA168PA三轴数字陀螺仪MPU—3050电机（无刷）XXD22121000KV电子调速器（无刷）好盈天行者40A螺旋桨1045电池格氏2200mAh11.1V25C机架DIY机架材料玻璃纤维铝合金四轴飞行器飞行原理重心的距离相等,当对角两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡,四轴不会向任何一个四轴飞行器有四个电机呈十字形排列,驱动四片桨旋转产生推力;四个电机轴距几何中方向倾转;而四个电机一对正转,一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡,保证了四轴航向的稳定.此飞行控制板规定四轴电机的排布方式如图所示:前(1号),后(4号),右(3号),左(2号).1,4号电机顺时针方向旋转,2,3号电机逆时针方向旋转.四个电机的转速做相应的变化即可实现四轴横向、纵向、竖直方向和偏航方向上的运动:当四轴需要向前方运动时,2,3号电机保持转速不变,1号电机转速下降,4号电机转速上升,此时4号电机产生的升力大于1号电机的升力,四轴就会沿几何中心向前倾转,桨叶升力沿纵向的分力驱动四轴向前运动.当四轴要转向左转向时,1,4号电机转速上升,2,3号电机转速下降,使向左的反扭距大于向右的反扭矩,四轴在反扭距的作用下向左旋转.四个桨产生的推力,超过或者低于四轴本身重力的时候能够实现竖直方向上升与下降的运动,当桨的升力与四轴本身的重力相等的时候即实现悬停.其他方式的运动原理与以上过程类似.四轴飞行原理虽然简单,但实现起来还需很多工作要做.四轴飞行器控制流程图四轴飞行器的优点四轴飞行器与其他飞机比较相对稳定性高；四轴飞行器与其他飞机比较相对抗风能力强；载重量大(本机最大安全载重1100g);姿态灵活，反应速度快；可超低空飞行；四轴飞行器主要用途可做无人侦察机，空中航拍（FPV），可作为新型微型机器人。
四轴飞行器运动控制系统设计和仿真
四轴飞行器运动控制系统设计和仿真随着科技的发展，四轴飞行器这种机器在日常生活中变得越来越常见。
从无人机的航拍、救援到消防，四轴飞行器的应用越来越广泛。
但是，控制飞行器的姿态和运动依然是一个挑战。
这里将对四轴飞行器的运动控制系统进行设计和仿真。
1. 系统分析先对四轴飞行器进行简单的系统分析。
四轴飞行器有四个电机，每个电机都有一个螺旋桨。
通过改变电机的转速和螺旋桨的旋转方向，可以控制飞行器的姿态和运动。
四轴飞行器有三个自由度的旋转运动，分别是偏航、俯仰和横滚，还有三个自由度的平移运动，分别是上下、左右和前后。
控制这些运动需要一个运动控制系统。
运动控制系统分为两部分：飞行器的传感器和飞行控制器。
传感器用于测量飞行器的状态，例如角速度、角度和线性加速度等。
飞行控制器根据传感器的数据进行控制，以达到控制飞行器运动的目的。
2. 控制算法运动控制系统的重点在于控制算法。
幸运的是，我们可以使用开源的四轴飞行控制器（例如 Pixhawk 和 APM）来控制飞行器。
这些控制器具有成熟的控制算法，可实现飞行器的稳定飞行和自动飞行。
在四轴飞行器的运动控制中，最重要的算法是控制飞行器的姿态。
姿态控制是通过测量三个轴上的角度和角速度实现的。
姿态控制经常使用 PID 控制器。
PID 控制器使用比例、积分和微分三个控制项来控制飞行器的姿态。
3. 系统设计接下来，我们将设计一个四轴飞行器的运动控制系统。
这里主要讨论的是控制器的硬件和软件设计。
3.1 硬件设计飞行控制器通常使用 Arduino 或者其他类似的微控制器。
这些微控制器轻便、可编程并且能够进行必要的计算。
除了微控制器，飞行控制器还应该包含其他必要的硬件，例如传感器、接收器和电池等。
传感器是测量飞行器状态的重要组成部分。
飞行器通常使用加速度计、陀螺仪和罗盘。
加速度计可以测量飞行器在三个轴上的线性加速度，陀螺仪可以测量飞行器在三个轴上的角速度，罗盘可以测量飞行器的方向。
接收器则负责接收运动控制器发出的指令，例如俯仰、横滚和油门等。
四轴毕业设计
四轴毕业设计四轴毕业设计一、引言四轴毕业设计是一项极具挑战性的任务，它要求学生将理论知识与实践技能相结合，设计并制造出一架能够稳定飞行的四轴飞行器。
本文将探讨四轴毕业设计的重要性、设计过程中的关键问题以及可能的解决方案。
二、背景随着无人机技术的快速发展，四轴飞行器成为了热门的研究领域。
它具有灵活性高、操控性好等优点，被广泛应用于航拍、农业、救援等领域。
因此，通过参与四轴毕业设计，学生能够深入了解无人机的原理和设计过程，为未来从事相关工作打下坚实的基础。
三、设计过程1. 需求分析在开始设计之前，需要明确设计的目标和需求。
这包括飞行器的最大飞行高度、飞行时间、负载能力等。
通过分析需求，可以为后续的设计和测试提供指导。
2. 组件选择四轴飞行器的设计涉及到多个组件的选择，包括电机、电调、飞控、传感器等。
在选择组件时，需要考虑其性能、可靠性和兼容性。
同时，还需要注意组件的价格和供应渠道，以确保项目的可行性。
3. 结构设计四轴飞行器的结构设计是关键的一步。
它包括框架设计、螺旋桨安装、电池固定等。
设计师需要考虑飞行器的稳定性、重心位置以及对外界干扰的抵抗能力。
通过使用CAD软件进行三维建模和仿真，可以在设计阶段尽早发现问题并进行改进。
4. 控制系统设计四轴飞行器的控制系统是实现稳定飞行的关键。
它包括姿态控制、高度控制、位置控制等。
设计师需要选择合适的控制算法，并将其实现在飞控硬件上。
同时，还需要进行系统调试和参数优化，以提高飞行器的性能和稳定性。
5. 飞行测试设计完成后，需要进行飞行测试来验证设计的可行性和性能。
测试过程中，需要注意安全问题，并进行数据记录和分析。
根据测试结果，可以对设计进行改进和优化，以达到预期的飞行效果。
四、关键问题与解决方案1. 稳定性问题四轴飞行器的稳定性是设计中的一个重要问题。
通过使用加速度计、陀螺仪和气压计等传感器，可以实时检测飞行器的姿态和位置，从而进行控制调整。
此外，使用PID控制算法可以对姿态进行稳定控制。
四轴飞行器简介
temp10[i][j]=Kg[i]*H[j];
for(i=0;i<2;i++)
for(j=0;j<2;j++)
temp11[i][j]=1-temp10[i][j];
for(i=0;i<2;i++)
for(j=0;j<2;j++)
{
for(k=0;k<2;k++)
P_optimal[i][j]+=temp11[i][k]*P_estimate[k][j];
Q为系统过程中的协方差
至此，已经有了现在状态的预测结果，接下来收集现在状态的测量值，结合预测值和测量值最后得出现在K时刻的最优估计值X(K|K)
第三步：
得到最优估计值之前需要将卡尔曼增益求出来：
第四步：
求出K时刻的最优估计值X(K|K)：
X(K|K)=X(K|K-1)+ *[Z(K)-H*X(K|K-1)]
CNC碳管固定座4个
3k 12MM全碳碳管4根
铝合金机身板2块
塑料脚架1对
效果图如下：
图2.1四轴飞行器效果图
第三章
硬件的基本模块主要包括：控制模块、传感器模块、通讯模块、电机驱动模块这四大模块。
4.1控制模块
控制模块这部分需要处理数据，并作出控制决策。控制器只用过单片机，由于缺乏经验，要参考老师的意见。
第五步：
计算最优估计值的协方差P(K|K)：
P(K|K)=[I- *H]*P(K|K-1)
试着编了一下程序：其中输入参数为经过处理转化后的加速度的角度，陀螺仪的角速度
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硬件及控制算法
平衡自稳控制算法
PID控制器原理框图
33
硬件及控制算法
在实际使用中，以X轴平衡为例，使用到了两套PID算法， 对陀螺仪的数据进行PD运算，可使飞行器在某一范围内稳 定或者很缓慢的偏移，并且可以抗大的扰动，此为飞行器 平衡算法。但单独依靠此算法飞行器无法自动回到零点， 这就需要对飞行器的实时角度进行PI运算或PID运算，当飞 行器发现与零点有偏差，PI运算立刻起作用，修正飞行器 角度，此为飞行器自稳算法。
四轴飞行器设计概述
褚凯
1
09电子信息工程01
一、四轴简介及其发展前景 二、系统组成 三、硬件及控制算法 四、后续研究
2
四轴简介及其发展前景
什么是四轴飞行器？
四轴飞行器是微型飞行器的其中一种，也是一 种智能机器人。其构造特点是在它的四个角上 各装有一旋翼，由电机分别带动，叶片可以正 转，也可以反转。为了保持飞行器的稳定飞行， 在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3 轴 加速度传感器组成惯性导航模块，通过电子调 控器来保证其快速飞行。
模块外部引脚（PIO11）输入电平，
20
可以实现模块工作状态的动态转换。
硬件及控制算法
蓝牙串口模块驱动电路
21
硬件及控制算法
第一版飞控
22
硬件及控制算法
23
硬件及控制算法
第二版飞控
24
硬件及控制算法
25
硬件及控制算法
滤波融合算法
1.滑动窗口滤波法
把连续取N个采样值看成一个队列，队列的长度固定 为N，每次采样到一个新数据放入队尾，并扔掉原来 队首的一次数据(先进先出原则)，把队列中的N个数 据进行算术平均运算，就可获得新的滤波结果。
2.一阶滞后滤波法
取a=0到1，本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上 次滤波结果。
26
硬件及控制算法
滤波效果
N=20 A=0.3
27
硬件及控制算法
N=35 A=0.2
28
硬件及控制算法
N=50 A=0.1
29
硬件及控制算法
融合算法
加速度计是用来检测加速度的，实际使用中测量角度是利用静态时只 存在重力加速度，再使用反正弦求出角度。而在运动的物体上时，物 体运动时会产生与运动方向相同的一个加速度分量，该加速度分量会 叠加在重力加速度上，使角度测量产生很大偏差。
主要硬件模块：
从设计初期到最终完成设计一共设计并投板2版PCB。 其中第一版主要包含电源供应电路、4路电机驱动接口、 STM32最小系统电路、SWD下载调试接口、启动方式选择 接口、NRF24L01无线模块接口、一个串口接口、三轴加速 度计三轴陀螺仪MPU6050驱动电路、地磁仪HMC5883驱动 电路以及OLED液晶模块显示接口。 第二版主要包含电源供应电路、8路电机驱动接口、STM32 最小系统、JLINK下载调试接口、启动方式选择接口、 NRF24L01无线模块接口、蓝牙串口模块驱动电路、2个串 口接口、三轴加速度计三轴陀螺仪MPU6050驱动电路、地 磁仪HMC5883驱动电路、气压计BMP180驱动电路、OLED 液晶模块显示接口、GPS导航模块接口、蜂鸣器电路以及 电压监测电路，并将其余几乎所有闲置IO口引出，方便后 期功能升级扩展。
3
四轴简介及其发展前景
如何运动？
“+”型飞行模式
“X”型飞行模式
4
四轴简介及其发展前景
其发展前景如何？
四轴飞行器可搭载GPS、北斗导航系统、高清摄 像头、各种科研设备甚至武器系统，民用型的飞 行器可执行灾情调查救援任务如水灾、火灾、地 震等；喷洒农田、林区农药；监测化工厂等危险 场所的危险气体的浓度；巡查输油管线、输电线 路；连续监控重要的设施；区域性空－地、空－ 海通讯中继等。军用的飞行器可执行高空定点侦 查，情报搜寻以及武装攻击等高风险任务。
5
系统组成
四大部分： 机械结构 无刷电机驱动 飞控电路板 飞控算法
6
系统组成
飞行控制电路板
7
系统组成
姿态检测模块（AHRS） 1.三轴加速度计 2.三轴陀螺仪 3.三轴地磁仪 4.气压计
8
系统组成
飞控算法 1.滤波融合算法 2.平衡控制算法 3.自稳控制算法 4.飞行控制算法
9
硬件及控制算法
集成度、带有IIC数字接口的弱
磁传感器芯片。它内含有最先
进的高分辨率磁阻传感器，并
附带霍尼韦尔专利的集成电路
（包括有放大器、自动消磁驱
动器和偏差校准等），具有12
位模数转换器能使罗盘精度控
制在1°~2°之间，测量范围从毫
高斯到8高斯(gauss)。
18
硬件及控制算法
HMC5883驱动电路
19
硬件及控制算法
硬件及控制算法
主控芯片
使 用 STM32F103 系 列 芯 片 ， 型 号 为
STM32F103VET6，该芯片为增强型32位
基 于 ARM 核 心 Cotex-M3 的 微 控 制 器 ， 自
带512K字节闪存，高达64K字节SRAM。
最高支持72M工作频率，3个12位AD转换
器（多达21个转换通道），转换时间最低
MPU-6050的角速度全格感测范围
为±250、±500、±1000与
±2000°/sec (dps)，可准确追踪快
速与慢速动作，并且，用户可程
式控制的加速器全格感测范围为
±2g、±4g、±8g与±16g。
16
硬件及控制算法
MPU6050驱动电路
17
硬件及控制算法
HMC5883
HMC5883是一种表面贴装的高
达到1us，并包含2通道12位DA转换器。
12 通 道 DMA 控 制 器 ， 多 达 11 个 定 时 器 和
13个通信接口Байду номын сангаас
11
硬件及控制算法
最小系统
12
硬件及控制算法
下载与启动方式选择电路
13
硬件及控制算法
电源供应电路
14
硬件及控制算法
滤波电路
15
硬件及控制算法
MPU6050
MPU-6050为全球首例整合性6轴 运动处理组件，免除了组合陀螺 仪与加速器时之轴间差的问题， 减少了大量的包装空间。
陀螺仪用来检测当前轴的角速度，可以很好的抗震动和干扰，对陀螺 仪一段微小时间内的角速度进行积分，积分后的结果就为此段时间该 轴旋转的角度。而众所周知，积分会产生累计误差，当累计误差达到 一定大小，会对系统造成很大影响，使整个系统稳定性降低。
互相补偿融合 30
硬件及控制算法
31
硬件及控制算法
32
HC-05
HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块具有
两种工作模式：命令响应工作模式
和自动连接工作模式，在自动连接
工作模式下模块又可分为主从和回
环三种工作角色。当模块处于自动
连接工作模式时，将自动根据事先
设定的方式连接的数据传输；当模
块处于命令响应工作模式时能执行 所有AT命令，用户可为模块设定控
制参数或发布控制命令。通过控制