武汉理工大学_基于STM32F4的四轴航拍飞行器_论文
采用STM32设计的四轴飞行器飞控系统
采用STM32设计的四轴飞行器飞控系统四轴飞行器飞控系统是一种应用于四轴飞行器上的关键控制设备。
它包括硬件和软件两个部分，用于控制飞行器的姿态、稳定性和导航等功能。
其中，采用STM32设计的四轴飞行器飞控系统因其高性能、低功耗和丰富的外设资源而受到广泛关注。
一、硬件设计：1.处理器模块：采用STM32系列微控制器作为处理核心。
STM32系列微控制器具有较高的计算能力和丰富的外设资源，能够满足飞行控制的计算需求。
2.传感器模块：包括加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等传感器。
加速度计用于测量飞行器的线性加速度，陀螺仪用于测量飞行器的角速度，磁力计用于测量飞行器的方向，气压计用于测量飞行器的高度。
3.无线通信模块：采用无线通信模块，如蓝牙、Wi-Fi或者无线射频模块，用于与地面站进行通信，实现飞行参数的传输和遥控指令的接收。
4.电源管理模块：对飞行器的电源进行管理，确保各个模块的正常运行。
包括电池管理、电量检测和电源开关等功能。
5.输出控制模块：用于控制飞行器的电机、舵机等执行机构，实现对飞行器的姿态和动作的控制。
二、软件设计：1.飞行控制程序：运行在STM32微控制器上的程序，用于实时读取传感器数据、运算控制算法、输出控制信号。
该程序包括姿态解算、飞行控制和导航等模块。
-姿态解算模块：根据加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器数据，估计飞行器的姿态信息，如俯仰角、横滚角和偏航角。
-飞行控制模块：根据姿态信息和目标控制指令，计算出电机和舵机的控制信号，保证飞行器的稳定性和灵敏度。
-导航模块：利用GPS等导航设备获取飞行器的位置和速度信息，实现自动驾驶功能。
2.地面站程序：在地面计算机上运行的程序，与飞行器的无线通信模块进行数据交互。
地面站程序可以实时监测飞行器的状态和参数，并发送控制指令给飞行器。
总结：采用STM32设计的四轴飞行器飞控系统是一种高性能、低功耗的控制设备，包括硬件和软件两个部分。
硬件包括处理器模块、传感器模块、无线通信模块、电源管理模块和输出控制模块。
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。
基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现
基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现许琳娜;王振华;罗魏魏【期刊名称】《自动化技术与应用》【年(卷),期】2017(036)008【摘要】四旋翼飞行器具有结构合理、体积小巧、重量轻、外围硬件电路要求不高、控制程序相对简单、可以垂直起降等优点,使得四旋翼飞行器应用日益广泛.本设计结合实际,采用意法半导体的STM32系列单片机作为控制核心,利用卡尔曼滤波进行信号除污,采用陀螺仪来采集飞行器的飞行姿态,利用PID算法和模糊控制算法进行飞机姿态的检测和控制,利用四块MOS管来构建大功率的驱动器来驱动电机运转,保证飞行器具有足够的动力.在供电方面,利用一个改造的手机锂电池作为主电源,外配一个改造的手机充电器,可以随时通过USB为电池充电,一定程度上解决了长距离续航问题.实际测试表明,飞行器运行稳定,较好的完成了飞行任务.%The quadrotor has reasonable structure,small volume,exquisite,light weight,peripheral hardware circuit requirements is not high,control program is relatively simple,vertical takeoff and landing and other advantages,the four rotor aircraft application is wide.The design combined with the actual using STMicroelectronics STM32 microcontroller as control core,using Kalman filter for signal decontamination,gyroscope collects attitude of the aircraft,using PID algorithm and fuzzy control algorithm for the detection and control of the aircraft attitude,using four pieces of MOS tube to build high power driver to drive the motor to ensure vehicle has sufficient power.In terms of power supply,the use of a transformation ofthe mobile phone as the main power of lithium battery,with a transformation of the mobile phone charger,can be charged at any time through the USB,it solves the problem of long distance life to a certain extent.The actual test shows that the aircraft is stable,and it is better to complete the flight mission.【总页数】4页(P122-124,135)【作者】许琳娜;王振华;罗魏魏【作者单位】大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028;大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028;大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028【正文语种】中文【中图分类】TP368.1【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.基于STM32的四旋翼飞行器设计与实现 [J], 颜平;王丽丹;李梦柯;洪成昌;江东风3.基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现 [J], 谢义建;陈跃东;舒圣焱4.基于STM32微型四旋翼飞行器设计与实现 [J], 张鹏;王彬;5.基于STM32的室内四旋翼飞行器的设计与实现 [J], 张锦瑞;赵华磊;李试森;吴星华;马益清因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于STM32单片机的四旋翼飞行器设计
基于STM32单片机的四旋翼飞行器设计
程煦;郭珊珊;陈华宾
【期刊名称】《电子世界》
【年(卷),期】2017(000)003
【摘要】四旋翼飞行器是一种新型无人飞行器,其结构简单,飞行稳定性强,具有很强的实用价值.基于其上述特性,提出一种以STM32单片机为核心的四旋翼飞行器的设计,主要包括飞行器的结构以及基本原理的介绍、硬件部分的设计与选择、软件部分的设计与实现.在硬件部分,主要是以STM32系列微处理器为主控核
心,MPU-6050为飞行姿态测量传感器,2.4GHz全球开放频段为无线数据传输控制.其中具体各元件的作用与选择将分别从主控单元、IMU模块、电机驱动模块、无线通讯模块及电源模块进行阐述.在软件部分,主要是通过四元数算法实现姿态解算和PID算法来实现姿态控制.最后对设计出的四旋翼飞行器提出一些附加功能,使其更加人机友好化.
【总页数】4页(P121-124)
【作者】程煦;郭珊珊;陈华宾
【作者单位】厦门大学信息科学与技术学院;厦门大学信息科学与技术学院;厦门大学信息科学与技术学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于STM32单片机的三叶浆四旋翼飞行器设计 [J], 周贺
2.基于STM32单片机的升降式双旋翼飞行器设计 [J], 张嘉仪;胡云峰;刘诗凡;周开军
3.基于STM32F103四旋翼飞行器设计 [J], 方振宇; 金凯; 潘世华; 尹湘源
4.基于双目立体视觉避障的四旋翼飞行器设计 [J], 徐今强; 刘付颖; 叶伟杰; 张佳旋; 沈兆坤
5.基于光流传感器的四旋翼飞行器设计 [J], 颜瑞;何亮;邓小飞;向晓燕;陈善荣
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基于STM32的四旋翼飞行器姿态测量系统设计
基于STM32的四旋翼飞行器姿态测量系统设计曹延超【期刊名称】《软件》【年(卷),期】2015(000)001【摘要】With the development of unmanned aerial vehicles, four-rotor aircraft attracts more and more researchers' attention. This paper presents a rotor aircraft attitude measurement system design based on the STM32. The attitude mea-surement platform based on STM32 is a data acquisition and attitude calculation platform. In this paper, the system on the STM32 transplants themC / OS-Ⅲ operating system, which gathers acceleration, angular velocity, and data from other sensors, and uses quaternion algorithm, Kalman filtering to achieve attitude measurement data. At last, this platform trans-ports attitude measurement data to PC soft through the wireless module. With wireless receiver module, PC soft can display attitude acquisition. Finally, through a comprehensive experiment on this platform, it has verified the platform's feasibility and effectiveness, which can get the effective attitude measurement data in time.%随着无人飞行器的发展，四旋翼飞行器逐渐受到更多研究者的关注。
基于STM32的四旋翼无人机智能控制方法设计
基于STM32的四旋翼无人机智能控制方法设计四旋翼无人机是一种应用广泛的无人机类型，它由四个同心排列的旋翼组成，能够提供稳定的飞行能力。
在基于STM32的四旋翼无人机智能控制方法设计中，我们需要考虑飞行稳定性、遥控操控能力以及自动控制能力等方面。
首先，为了保证飞行的稳定性，我们可以采用PID控制方法。
PID控制器由比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分组成，可以根据飞行状态的误差来调整旋翼的转速。
通过调整PID参数，可以使得飞行器能够更好地保持平衡。
在STM32上，我们可以通过编程来实现PID控制器，并将其与四个旋翼的电机连接起来。
其次，为了实现遥控操控能力，我们可以利用STM32的GPIO口和UART通信接口来实现无人机与遥控器之间的通信。
遥控器通过按键或摇杆等控制方式发送信号给STM32，STM32将接收到的信号解码后，将其转化为相应的控制指令，再发送给飞行器的电机。
利用STM32的中断功能，我们可以实现快速响应遥控指令的功能，使得飞行体验更加流畅。
最后，为了提高无人机的自动控制能力，我们可以加入一些传感器，例如陀螺仪、加速度计和姿态传感器等。
这些传感器可以实时感知无人机的飞行状态，例如俯仰角、滚转角和偏航角等。
通过将传感器的数据传输给STM32，我们可以根据具体的飞行算法来实现自动控制功能，例如自动起飞、自动降落和自动悬停等。
在基于STM32的四旋翼无人机智能控制方法设计中，我们需要结合硬件设计和软件设计。
硬件方面，我们需要设计电机驱动电路、通信电路和传感器接口电路等。
软件方面，我们需要进行编程，实现PID控制算法、遥控通信协议和传感器数据处理算法等。
综上所述，基于STM32的四旋翼无人机智能控制方法设计是一个复杂的系统工程，需要考虑飞行稳定性、遥控操控能力和自动控制能力等方面的要求。
通过合理的硬件设计和软件编程，我们可以实现一个功能强大、性能优越的四旋翼无人机。
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的四轴飞行器运动控制系统设计
基于STM32的四轴飞行器运动控制系统设计作者：廉文昊李波葛国庆张海涛来源：《科技风》2019年第22期摘要：本设计主要分析了四轴飞行器的飞行原理，通过STM32单片机作为控制核心对四轴飞行器进行姿态信息采集和姿态控制，根据四轴飞行器的飞行特点，设计了四轴飞行器运动控制系统。
通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究，设计了串级PID控制器驱动电动机工作，从而实现四轴飞行器的起飞，悬停等姿态控制。
关键词：四轴飞行器;STM32;四元数;串级PID控制器四轴飞行器作为一种具有特殊结构的旋转翼无人飞行器，体积小，负载能力强，易于控制，能够垂直起降，单位体积能够产生更大升力，具有很强的机动性，且能执行各种特殊、危险任务。
四轴飞行器包含四个独立的控制输入以及六个自由度的输出，是一种非完全驱动性系统，所以四轴飞行器在软件控制上具有一定的复杂性，在飞行控制上，为了达到比较好的控制效果，需要通过合理的控制算法。
本文主要分析了其飞行原理和相关飞行控制算法。
以STM32f103芯片为控制核心，陀螺仪保持四轴飞行器的稳定，3轴加速度传感器MPU6050对四轴飞行器的姿态进行检测，两者构成惯性导航模块，将位置信息发送给主控芯片，STM32f103芯片通过算法进行姿态解算，MCU再通过串级PID控制器以PWM信号调节电子调速器，从而控制电机的转速，实现飞行器的飞行姿态控制，其控制原理示意图如图1所示。
二、姿态运动原理如图2所示。
四轴飞行器有四个动力源，但四轴飞行器有六个自由度。
四个动力源控制六个自由度，因此是欠驱动系统。
电机转动会产生对机身的反扭矩，为平衡其对机身的反扭矩，对角线上的电机旋转方向應该相同，相邻的电机旋转方向应该相反。
下面结合四轴飞行器的前后运动及俯仰运动姿态进行分析。
图2中，增加3号电机转速，同时减小1号电机转速，保持其它两个电机转速不变，但是反扭矩仍然要保持平衡。
飞行器会发生一定程度的倾斜，使旋翼拉力产生水平分量，四轴飞行器会向前运动。
基于STM32的四旋翼飞行控制系统毕业设计
例如在高空电力线巡检中，无人机能在工作人员的操控下进行工作，可以代替人工对巡检对象实施接近检测，减少工人的劳动强度。也可以携带传感仪器、摄像机等，对巡检对象进行数据收集、分析与存储，这进一步提高巡检的工作效率和巡检精度。在军事上，在局部小规模对战的时候，一些普通的侦察机，可能受到敌方打击而造成不必要的机体人员伤亡，无人机则可以很好地起到替代作用。利用四旋翼飞行器作为侦察机，具有振动小、噪声小、可靠性高、成本低、反侦察能力强、自我销毁等优势。因此无人机的军事价值不可估量。四旋翼飞行器还有着更为广阔的前景等待着开发。比如可以通过为飞行器的添加更加智能的算法实现人机互动，让飞行器帮人取物件等。
1
6
mV
电源模块的原理图如图4.1所示。图里的5V电源来源于电子调速器的BEC降压系统。
图4.1电源模块电路图
4.1.2STM32F407最小系统
STM32F407VET6是意法半导体基于CORTEX-M4内核的芯片，STM32F407拥有的资源包括：集成FPU和DSP指令，并具有192KBSRAM、1024KB FLASH、12个16位定时器、2个32位定时器、2个DMA控制器（共16个通道）、3个SPI、2个全双工I2S、3个IIC、6个串口、2个USB（支持HOST /SLAVE）、2个CAN、3个12位ADC、2个12位DAC、1个RTC（带日历功能）、1个SDIO接口、1个FSMC接口、1个10/100M以太网MAC控制器、1个摄像头接口、1个硬件随机数生成器、以及112个通用IO口等。该芯片的配置十分强悍，具有卓越的性能。相对STM32F1来说，许多功能进行了重大改进。STM32最小系统电路图如图4.2所示。
基于STM32的四轴飞行器遥控与智能防撞设计
基于STM32的四轴飞行器遥控与智能防撞设计李润宁;缪月琴;巫俊灵;孙光阔;陶心怡【期刊名称】《智能计算机与应用》【年(卷),期】2016(006)002【摘要】Four axis aircraft has the characteristics of simple structure, low energy consumption, small volume, which is used in many fields. Flying in the complex environment, while encountering all the obstacles, it is difficult to change aircraft flight status by manual manipulation aircraft. This paper proposes the design of no. 6 ultrasonic detection module, in which the position of obstacles is determined, and automatic obstacle avoidance is realized. The research has such advantages as strong flexibility and high stability, therefore greatly reduces the risk of the plane crash.%四轴飞行器具有结构简单、能耗低、体积小等优点，在多处领域被使用。
在复杂环境中飞行，遇到障碍物时，通过人为操纵飞行器不断改变飞行状态避开障碍物难度较大，该设计利用6路超声波检测模块计算障碍物位置，实现自动避障。
具有灵活性强、稳定性高等特点，大大降低了飞机坠机的风险。
【总页数】2页(P29-30)【作者】李润宁;缪月琴;巫俊灵;孙光阔;陶心怡【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620;上海工程技术大学电子电气工程学院，上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP242.6【相关文献】1.基于STM32的重力遥控智能车的控制系统设计 [J], 张鹏;丁承君;闫彬2.基于STM32的四轴飞行器遥控与智能防撞设计 [J], 李润宁;缪月琴;巫俊灵;孙光阔;陶心怡;3.基于STM32的重力感应无线智能遥控小车设计 [J], 李志瑞;申庆超4.基于STM32的可遥控智能小车控制系统设计 [J], 曹冲振; 梁世友; 王凤芹; 明超; 李赫5.基于STM32的可遥控智能小车控制系统设计 [J], 曹冲振;梁世友;王凤芹;明超;李赫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。