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内容简介：

毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过毕业设计，使学生能够通过综合运用所学的专业知识为相关行业的应用需求提供解决方案。在此过程中，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，锻炼学生的实践动手能力。具体包括以下几方面： 1. 综合运用专业理论知识分析解决实际问题的能力。 2. 针对研究对象进行调查研究以及查阅检索相关中外文献的能力。 3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。 4. 制定设计方案和实验方案、仪器设备的选型、安装、调试以及采集和分析处理实验数据的能力。 5. 使用科研工具包括使用专业设备、计算机和专业软件的能力。 6. 撰写设计说明书和论文的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1. 本设计应完成基于STM32微控制器的微型四旋翼飞行器设计，包括如下内容： 1）机体、机架的结构设计；2）飞行器动力系统和控制系统电路设计；3）机载传感器的使用及标定方法；4）飞行器姿态测量算法；5）飞行控制算法。 2按时完成开题报告书。 3按时完成毕业设计外文参考资料。 4能够圆满完成指导老师布置的课题任务，设计方案合理，能够体现一定的创新性。 5按时参加答辩，在答辩前各项规定的资料要齐全。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1. 按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文），能详细说明设计步骤和思路； 2. 能有结构完整，合理可靠的设计方案； 3. 能够将所涉及的相关算法阐述清楚； 4. 通过实物演示对毕设要求中所涉及的功能进行验证。 4主要参考文献： 1 黄智伟.STM32F 32位ARM微控制器应用设计与实践（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2014 2 徐向民.Altium Designer快速入门（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2011 3 张培仁.传感器原理、检测及应用M.北京：清华大学出版社，2012 4 唐懋. 基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计D.厦门大学,2014. 5 聂博文,马宏绪,王剑,王建文. 微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术J. 电光与控制,2007,06:113-117. 6 国倩倩. 微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究D.吉林大学,2013. 7 王福超. 四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现D.哈尔滨工程大学,2013. 8 李秀英,刘彦博. 基于PWM的四旋翼飞行器控制方法J. 吉林大学学报(信息科学版),2011,05:464-472. 9 陈振兴. 基于STM32的微型四轴飞行器研究与设计D.河北工业大学,2014. 10 江哲. 基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现D.华东理工大学,2015. 11 苏哲宇. 一种微小型四旋翼飞行器控制系统的设计与开发D.东北大学,2012. 12 李华钧. 四旋翼无人飞行器姿态控制系统的设计与实现D.北京交通大学,2015. 13 唐懋. 基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计D.厦门大学,2014. 14 程学功. 四轴飞行器的设计与研究D.杭州电子科技大学,2013. 15 江斌. 小型四旋翼低空无人飞行器综合设计D.浙江大学,2013. 16 朱阳,王伟成,王民慧. 基于MPU9150的四轴飞行器姿态控制系统设计J. 制造业自动化,2015,10:46-48+71. 17 于雅莉,孙枫,王元昔. 基于多传感器的四旋翼飞行器硬件电路设计J. 传感器与微系统,2011,08:113-115+123. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.102015.12.13 调研、收集相关资料、对学生进行初步辅导，拟题、选题、填写任务书。 2015.12.152015.12.31 学生查看任务书，为毕业设计的顺利完成，进行前期准备。 2016.01.092016.04.05 学生在指导教师的具体指导下进行毕业设计创作；拟定论文提纲或设计说明书（下称文档）提纲；撰写及提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲。 2016.04.062016.04.10 提交中期课题完成情况报告给指导教师审阅；各专业组织中期检查（含毕业设计成果验收检查）。 2016.04.112016.05.10 进行毕业设计文档撰写。 2016.05.142016.05.29 毕业设计（论文）小组答辩，完成毕业设计的成绩录入 2016.05.302016.06.07 根据答辩情况修改毕业设计（论文）的相关材料，并在毕业设计（论文）管理系统中上传最终稿，并且上交纸质稿。 2016.06.072016.06.30 各系提交本届毕业设计（论文）的工作书面总结及相关材料。 所在专业审查意见：通过负责人： 2015 年 12 月21 日 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000字左右的文献综述： 前言：四轴飞行器属旋翼飞行器，具有操作简单、控制灵活、便于起降、可以悬停等优点，它小巧的体积可以适用于很多的用途。四轴飞行器在结构上较单翼直升机相比，结构紧凑、能产生更大的升力，同时可以通过反扭矩使飞行器平衡，不需要专门的反扭矩旋翼，悬停性能更加良好，易于控制，对于操作者的要求不高等优点，这对于广泛的应用推广具有重要的意义，在民用和军事领域都有广泛的应用前景，因此对于四轴飞行器的研究具有重大的现实意义。研究背景与意义：多旋翼飞行器和喷气式飞机几乎在同一时间诞生，但在过去的百年中极少有目光投向它的原因就是因为它的控制、操作非常复杂，因为其方向的偏转等操作都依靠不同电机不同转速配合形成，高度的非线性和其系统极差的鲁棒性注定了在它诞生之初就无人问津。直到高精度的三轴加速度计和陀螺仪的出现，以及继而为之引入的卡尔曼滤波原理让多旋翼的姿态实时监测成为可能，有了姿态精确监测又配合采用各种控制算法以及高效能的微处理器，多旋翼的控制才成为了可能。又由于它本身兼有可以灵活应对各种复杂飞行环境的特点（其它飞行器只能望其项背），迅速成为飞行器的焦点。小型四旋翼飞行器与其他飞行器相比，其优势在于其机械结构较为简单，并且只需要通过改变四个马达的转速即可实现控制，飞行机动能力灵活。另一方面，小型四旋翼飞行器具有较高的操控性能，并具有小区域范围内起飞、盘旋，飞行、着陆的能力。同时，小型四旋翼飞行器研究也为自动控制，先进传感器技术及计算机科学等诸多领域的融合研究提供了一个平台。本文主要介绍利用STM32F103RbT6单片机以及MPU6050六轴姿态结算传感器搭建的四旋翼的飞控设计。从其模型建立、传感器数据处理、算法设计和软件实现四个方面的研究制作可定目标的四轴飞行器。应用方向：飞行器可用于进入生化禁区执行任务，实时监测森林、草原和农田等生态环境，搜寻灾难的幸存者、有害污染源，还可以用于民用航空拍摄。另外，根据携带传感器的不同，还可以在交通管制、航天探测和野外探险等方面发挥重大作用。国内外研究现状：国外有不少优秀的开源飞行器产品，设计者们通过分工协作，从软件算法和硬件模块上对四轴飞行器进行不断优化升级，并通过网络等方式进行共享，极大的促进了四轴飞行器研究发展，为爱好者们学习提供了很多方便。而国内对四轴飞行器的研究还处于比较初级的状态，开源的项目较少，但网上也有像圆点，不思等民间微小飞控项目。其中，国外一些知名的开源项目有： 1、KK四轴 KK是一款使用atmel的8位处理器设计的四轴飞行器，其架构简单，只使用了三轴陀螺仪进行姿态测量，短期内飞行时飞行器可以获得较好的效果，但控制时需要一定的人为调整，因此其操作难度较大。KK四轴实现的控制代码较少，适合研究者分析四轴飞行器控制原理。目前随着MEMS传感器的快速发展，四轴爱好者们也对KK四轴进行了大量改进，引入了加速度，磁力等姿态测量传感器，进一步提高四轴飞行器的飞行性能。 2、MK(Mikrokopter)四轴 MK是德国开发人员设计的一款基于atmel 8位处理器的四轴飞行器，其系统构造较KK四轴复杂，采用了加速度、角速度、磁力等多种传感器进行姿态的估测和导航设计，并提供了丰富的接口，可以通过叠加PCB功能板的形式来添加功能。另外，MK四轴飞行器运动稳定，可以使用普通的航模遥控器控制；其丰富的功能代码和模块化设计方式很有学习和借鉴价值。 3、MWC(Multiwii)四轴 MWC也是一款优秀的开源四轴飞行器，其拥有较多的开发者对其进行研究和改进，同时支持较多的硬件平台。MWC最早是基于atmel8位处理器平台设计的，后来升级到32位处理器，同时拓展了对多传感器平台的支持，这使得MWC四轴飞行器的传感器使用和实现算法具备学习借鉴意义。与MK不同，MWC四轴飞行器将多种传感器设计在同一块PCB板上，也即整个控制系统集中在一起，使得MWC设计的更紧凑，体积更小，也更灵活。参考文献 1 黄智伟.STM32F 32位ARM微控制器应用设计与实践（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2014 2 徐向民.Altium Designer快速入门（第2版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2011 3 张培仁.传感器原理、检测及应用M.北京：清华大学出版社，2012 4 唐懋. 基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计D.厦门大学,2014. 5 聂博文,马宏绪,王剑,王建文. 微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术J. 电光与控制,2007,06:113-117. 6 国倩倩. 微型四旋翼飞行器控制系统设计及控制方法研究D.吉林大学,2013. 7 王福超. 四旋翼无人飞行器控制系统设计与实现D.哈尔滨工程大学,2013. 8 李秀英,刘彦博. 基于PWM的四旋翼飞行器控制方法J. 吉林大学学报(信息科学版),2011,05:464-472. 9 陈振兴. 基于STM32的微型四轴飞行器研究与设计D.河北工业大学,2014. 10 江哲. 基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现D.华东理工大学,2015. 11 苏哲宇. 一种微小型四旋翼飞行器控制系统的设计与开发D.东北大学,2012. 12 李华钧. 四旋翼无人飞行器姿态控制系统的设计与实现D.北京交通大学,2015. 13 唐懋. 基于Arduino兼容的Stm32单片机的四旋翼飞行器设计D.厦门大学,2014. 14 程学功. 四轴飞行器的设计与研究D.杭州电子科技大学,2013. 15 江斌. 小型四旋翼低空无人飞行器综合设计D.浙江大学,2013. 16 朱阳,王伟成,王民慧. 基于MPU9150的四轴飞行器姿态控制系统设计J. 制造业自动化,2015,10:46-48+71. 17 于雅莉,孙枫,王元昔. 基于多传感器的四旋翼飞行器硬件电路设计J. 传感器与微系统,2011,08:113-115+123. 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本系统通过制作一个小型的四轴飞行器，用以验证控制算法的可行性，通过姿态解算分析飞行器当前姿态并运用基于经典PID和互补滤波算法控制飞行器动作。 系统采用STM32F103C8T6作为主控芯片，采用MPU6050三轴加速度计和陀螺仪姿态传感器，通过姿态解算感知机体姿态，四个直流伺服空心杯电机和相应电机驱动，并配合超声波传感器实现初步低空飞行。在此平台上，通过反复实验，不断调整硬件结构和软件结构，以达到预期目标。制作过程中预计的技术难点和解决思路： 1、姿态解算姿态解算是飞控算法中的核心算法，在本系统中拟采用四元数保存飞行器姿态，然后将其转化为欧拉角，输入到姿态控制算法中，STM32对输入角度进行分析后通过自带的PWM输出口控制电机运转。辅以外部控制信号，使成一个闭环系统，使飞行器实现较为平稳飞行。相比于在程序中通过IIC总线从MPU6050采集到的AD值计算四元数，利用MPU6050内部DMP通过硬解的方法，可以使偏航角偏移很小，这也是选用MPU6050的原因之一。 2、飞行器机架平衡问题由于飞行器机架的平衡性直接影响到系统整体的可靠性和稳定性，没有合理的机架设计，将会给算法带来不必要的麻烦，为从整体上减小飞行器质量，本系统采用了直流空心杯电机，硬件设计上采用对称结构，其中姿态传感器MPU6050必须处在整个飞行器的中心位置。 3、判断飞行器是否能够自稳为判断飞行器是否能够自稳，用绳子拴住飞机的四个旋翼端，令飞机悬空，当四条绳子长度上均留有一定的松度时，飞行器机身整体处在一个水平位置，即可判断是否能够自稳。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：文献综述对微型四旋翼无人机平台的发展进行了介绍，对相关的控制技术进行了归纳总结，较好地描述了相关领域的应用现状。 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题工作主要集中在微型四旋翼飞行器的设计上，包括：飞行器的结构设计、控制电路和动力系统设计、飞控算法的设计与调试、姿态测量算法的设计与调试等，最后通过实验对所设计的飞行器进行飞行验证。本设计的工作量和工作难度适中。 3.是否同意开题： 同意 不同意 指导教师： 2016 年 03 月 04 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 22 日1外文资料翻译译文STM32简介STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。(一)意法半导体 (STMicroelectronics)意法半导体 (STMicroelectronics) 集团于1987年6月成立，是由意大利的 SGS 微电子公司和法国 Thomson 半导体公司合并而成。1998年5月，SGS-THOMSON Microelectronics 将公司名称改为意法半导体有限公司。意法半导体是世界最大的半导体公司之一。从成立之初至今，ST 的增长速度超过了半导体工业的整体增长速度。自1999年起，ST 始终是世界十大半导体公司之一。据最新的工业统计数据，意法半导体 (STMicroelectronics) 是全球第五大半导体厂商，在很多市场居世界领先水平。例如，意法半导体是世界第一大专用模拟芯片和电源转换芯片制造商，世界第一大工业半导体和机顶盒芯片供应商，而且在分立器件、手机相机模块和车用集成电路领域居世界前列。意法半导体 (STMicroelectronics) 整个集团共有员工近 50,000 名，拥有 16 个先进的研发机构、39 个设计和应用中心、15 主要制造厂，并在 36 个国家设有 78 个销售办事处。公司总部设在瑞士日内瓦，同时也是欧洲区以及新兴市场的总部；公司的美国总部设在德克萨斯州达拉斯市的卡罗顿；亚太区总部设在新加坡；日本的业务则以东京为总部；大中国区总部设在上海，负责香港、大陆和台湾三个地区的业务。自1994年12月8日首次完成公开发行股票以来，意法半导体已经在纽约证券交易所 (交易代码：STM) 和泛欧巴黎证券交易所挂牌上市，1998年6月，又在意大利米兰证券交易所上市。意法半导体拥有近 9 亿股公开发行股票，其中约 71.1% 的股票是在各证券交易所公开交易的。另外有 27.5% 的股票由意法半导体控股 II B.V. 有限公司持有，其股东为 Finmeccanica 和 CDP 组成的意大利 Finmeccanica 财团和 Areva 及法国电信组成的法国财团；剩余 1.4% 的库藏股由意法半导体公司持有。(二)ST超低功耗 ARM Cortex-M3 微控制器STM32L 系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M3 处理器内核，采用意法半导体独有的两大节能技术：130nm 专用低泄漏电流制造工艺和优化的节能架构，提供业界领先的节能性能。该系列属于意法半导体阵容强大的 32 位 STM32 微控制器产品家族，目前该产品家族共有 180 余款产品，全系列产品共用大部分引脚、软件和外设，优异的兼容性为开发人员带来最大的设计灵活性。(三)ST超低功耗 ARM Cortex-M0 微控制器STM32F0 系列产品基于超低功耗的 ARM Cortex-M0 处理器内核，整合增强的技术和功能，瞄准超低成本预算的应用。该系列微控制器缩短了采用 8 位和 16 位微控制器的设备与采用 32 位微控制器的设备之间的性能差距，能够在经济型用户终端产品上实现先进且复杂的功能。(四)产品介绍在STM32F105和STM32F107互连型系列微控制器之前，意法半导体已经推出STM32基本型系列、增强型系列、USB基本型系列和增强型系列；新系列产品沿用增强型系列的72MHz处理频率。内存包括64KB到256KB闪存和 20KB到64KB嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100和LFBGA100三种封装，不同的封装保持引脚排列一致性，结合STM32平台的设计理念，开发人员通过选择产品可重新优化功能、存储器、性能和引脚数量，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。截至2010年7月1日，市面流通的型号有：基本型：STM32F101R6 STM32F101C8 STM32F101R8 STM32F101V8 STM32F101RB STM32F101VB增强型：STM32F103C8 STM32F103R8 STM32F103V8 STM32F103RB STM32F103VB STM32F103VE STM32F103ZESTM32型号的说明：以STM32F103RBT6这个型号的芯片为例，该型号的组成为7个部分，其命名规则如下：（1）STM32：STM32代表ARM Cortex-M3内核的32位微控制器。（2）F：F代表芯片子系列。（3）103：103代表增强型系列。（4）R：R这一项代表引脚数，其中T代表36脚，C代表48脚，R代表64脚，V代表100脚，Z代表144脚。（5）B：B这一项代表内嵌Flash容量，其中6代表32K字节Flash，8代表64K字节Flash，B代表128K字节Flash，C代表256K字节Flash，D代表384K字节Flash，E代表512K字节Flash。（6）T：T这一项代表封装，其中H代表BGA封装，T代表LQFP封装，U代表VFQFPN封装。（7）6：6这一项代表工作温度范围，其中6代表-4085，7代表-40105。(五)STM32F103性能特点特点1、内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。2、存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器。3、时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振。4、低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT。5、调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口。6、DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和USART。7、2个12位的us级的A/D转换器（16通道）：A/D测量范围：0-3.6 V。双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器。8、2通道12位D/A转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有。9、最多高达112个的快速I/O端口：根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入。10、最多多达11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器：最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗）。Systick定时器：24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC。11、最多多达13个通信接口：2个IIC接口（SMBus/PMBus）。5个USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制）。3个SPI接口（18 Mbit/s），两个和IIS复用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。12、ECOPACK封装：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。系统作用1、集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARM Cortex-M3内核。和8/16位设备相比，ARM Cortex-M3 32位RISC处理器提供了更高的代码效率。STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和软件。2、嵌入式Flash存储器和RAM存储器：内置多达512KB的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。多达64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的时钟速度进行读写（不待等待状态）。3、可变静态存储器（FSMC）：FSMC嵌入在STM32F103xC，STM32F103xD，STM32F103xE中，带有4个片选，支持四种模式：Flash，RAM，PSRAM，NOR和NAND。3个FSMC中断线经过OR后连接到NVIC。没有读/写FIFO，除PCCARD之外，代码都是从外部存储器执行，不支持Boot，目标频率等于SYSCLK/2，所以当系统时钟是72MHz时，外部访问按照36MHz进行。4、嵌套矢量中断控制器（NVIC）：可以处理43个可屏蔽中断通道（不包括Cortex-M3的16根中断线），提供16个中断优先级。紧密耦合的NVIC实现了更低的中断处理延迟，直接向内核传递中断入口向量表地址，紧密耦合的NVIC内核接口，允许中断提前处理，对后到的更高优先级的中断进行处理，支持尾链，自动保存处理器状态，中断入口在中断退出时自动恢复，不需要指令干预。5、外部中断/事件控制器（EXTI）：外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件（上升沿，下降沿，或者两者都可以），也可以被单独屏蔽。有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。当外部线上出现长度超过内部APB2时钟周期的脉冲时，EXTI能够探测到。多达112个GPIO连接到16个外部中断线。6、时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的晶振被选用作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟，并且会被监视来判定是否成功。在这期间，控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。同时，如果有需要（例如碰到一个间接使用的晶振失败），PLL时钟的中断管理完全可用。多个预比较器可以用于配置AHB频率，包括高速APB(PB2)和低速APB（APB1），高速APB最高的频率为72MHz，低速APB最高的频率为36MHz。7、Boot模式：在启动的时候，Boot引脚被用来在3种Boot选项种选择一种：从用户Flash导入，从系统存储器导入，从SRAM导入。Boot导入程序位于系统存储器，用于通过USART1重新对Flash存储器编程。8、电源供电方案：VDD ，电压范围为2.0V-3.6V，外部电源通过VDD引脚提供，用于I/O和内部调压器。VSSA和VDDA，电压范围为2.0-3.6V，外部模拟电压输入，用于ADC，复位模块，RC和PLL，在VDD范围之内（ADC被限制在2.4V），VSSA和VDDA必须相应连接到VSS和VDD。VBAT，电压范围为1.8-3.6V，当VDD无效时为RTC，外部32KHz晶振和备份寄存器供电（通过电源切换实现）。9、电源管理：设备有一个完整的上电复位（POR）和掉电复位（PDR）电路。这条电路一直有效，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定的下限VPOR/PDR时，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。设备特有一个嵌入的可编程电压探测器（PVD），PVD用于检测VDD，并且和VPVD限值比较，当VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD时会产生一个中断。中断服务程序可以产生一个警告信息或者将MCU置为一个安全状态。PVD由软件使能。10、电压调节：调压器有3种运行模式：主（MR），低功耗（LPR）和掉电。MR用在传统意义上的调节模式（运行模式），LPR用在停止模式，掉电用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗（寄存器和SRAM的内容不会丢失）。11、低功耗模式：STM32F103xx支持3种低功耗模式，从而在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU；停止模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止，PLL，HSI和HSE RC振荡器被禁能，调压器也被置为正常或者低功耗模式。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一，PVD输出或者TRC警告。待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8V区域断电。PLL,HSI和HSE RC振荡器也被关闭。在进入待机模式之后，除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。当外部复位（NRST引脚），IWDG复位，WKUP引脚出现上升沿或者TRC警告发生时，设备退出待机模式。进入停止模式或者待机模式时，TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。(六)架构优势除新增的功能强化型外设接口外，STM32互连系列还提供与其它STM32微控制器相同的标准接口，这种外设共用性提升了整个产品家族的应用灵活性，使开发人员可以在多个设计中重复使用同一个软件。新STM32的标准外设包括10个定时器、两个12位1-Msample/s 模数转换器 (交错模式下2-Msample/s)、两个12位数模转换器、两个I2C接口、五个USART接口和三个SPI端口。新产品外设共有12条DMA通道，还有一个CRC计算单元，像其它STM32微控制器一样，支持96位唯一标识码。新系列微控制器还沿续了STM32产品家族的低电压和节能两大优点。2.0V到3.6V的工作电压范围兼容主流的电池技术，如锂电池和镍氢电池，封装还设有一个电池工作模式专用引脚Vbat。以72MHz频率从闪存执行代码，仅消耗 27mA电流。低功耗模式共有四种，可将电流消耗降至两微安。从低功耗模式快速启动也同样节省电能；启动电路使用STM32内部生成的8MHz信号，将微控制器从停止模式唤醒用时小于6微秒。二、消防机器人简介消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈。(一)简介消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用将提高消防部队扑灭特大恶性火灾的实战能力，对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。(二)背景介绍随着社会经济的迅猛发展，建筑和企业生产的特殊性，导致化学危险品和放射性物质泄漏以及燃烧、爆炸、坍塌的事故隐患增加，事故发生的概率也相应提高。一旦发生灾害事故，消防员面对高温、黑暗、有毒和浓烟等危害环境时，若没有相应的设备贸然冲进现场，不仅不能完成任务，还会徒增人员伤亡。消防机器人作为特种机器人的一种，在灭火和抢险救援中愈加发挥举足轻重的作用。各种大型石油化工企业、隧道、地铁等不断增多，油品燃气、毒气泄漏爆炸、隧道、地铁坍塌等灾害隐患不断增加。此类灾害具有突发性强、处置过程复杂、危害巨大、防治困难等特点，已成顽疾。消防机器人能代替消防救援人员进入易燃易爆、有毒、缺氧、浓烟等危险灾害事故现场进行数据采集、处理、反馈，有效地解决消防人员在上述场所面临的人身安全、数据信息采集不足等问题。现场指挥人员可以根据其反馈结果，及时对灾情作出科学判断，并对灾害事故现场工作作出正确、合理的决策。(三)发展历史机器人自60年代初问世以来，经历40余年的发展，己取得长足进步，社会各行各业皆可见其身影。从1986年日本东京消防厅首次在灭火中采用了“彩虹5号”机器人后，消防机器人就逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用，消防机器人技术也得到快速的发展。截至目前，消防机器人已经稳步向第三代高端智能机器人发展。面对无情的火灾，公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海市消防局共同制定了研制消防机器人的计划。经过3年的研究，中国第一台消防机器人已经诞生。消防机器人可以行走、爬坡、跨障、喷射灭火，可以进行火场侦察。2.外文原文 Introduction of STM32STM32 is based on the family of ARM Cortex-M3 core - designed specifically for embedded applications that require high performance, low cost, low power consumption. The performance is divided into two different series: STM32F103 the Enhanced series and STM32F101 the Basic series. The clock frequency of Enhanced Series is up to 72MHz, the highest performance of similar products; the clock frequency of Basic Series is 36MHz, and the prices of 16 position products significantly enhance the performance of more than 16 position products, is the best choice users to buy them. The two series are built-in flash from 32K to 128K, is the combination of the maximum capacity of the SRAM and peripheral interfaces. When the clock frequency reaches 72MHz, it executes from Flash and the STM32 power consumption is 36mA, the lowest power consumption in the 32-bit market products, the equivalent an impressive 0.5mA/MHz.a. STMicroelectronics GroupSTMicroelectronics Group was established in June 1987, is a merger of Italys SGS Microelectronics and the French Thomson semiconductor company. In May 1998, SGS-THOMSON Microelectronics will change the company name to STMicroelectronics Limited. STMicroelectronics is one of the largest semiconductor companies in the world. From its inception to date, STs growing faster than the overall rate of growth of the semiconductor industry. Since 1999, ST has always been one of the worlds top ten semiconductor companies. According to the latest industry statistics, STMicroelectronics is the worlds fifth largest semiconductor manufacturer and a world leader in many markets. For example, STMicroelectronics is the worlds largest dedicated analog chips and power conversion chip manufacturers, the worlds largest industrial semiconductor and set-top box chip suppliers and discrete devices, mobile phone camera module and car field of integrated circuits highest in the world.STMicroelectronics has the entire group employs nearly 50,000, with 16 state-of-the-art R & D institutions and 39 design and application centers, 15 main manufacturing plant, and has 78 sales offices in 36 countries. The company is headquartered in Geneva, Switzerland, is also the headquarters of European and emerging markets; companys U.S. headquarters in Dallas, Texas, Carrollton; Asia-Pacific headquarters in Singapore; business in Japan by Tokyo as a headquarters ; Greater China headquarters in Shanghai, responsible for business in Hong Kong, mainland China and Taiwan.December 8, 1994 for the first time since the completion of the public offering of shares, STMicroelectronics has been in New York Stock Exchange (ticker symbol: STM) and Pan Ou Bali Stock Exchange listed, in June 1998, in Milan, Italy, securities Exchange. STMicroelectronics has nearly 900 million shares in the public offering of shares, of which approximately 71.1% of the shares are publicly traded on the various stock exchanges. Another 27.5% of the stock by STMicroelectronics Holding II BV Limited held its shareholders Finmeccanica and CDP Italian Finmeccanica consortium Areva and France Telecom, the French consortium; remaining 1.4% of treasury shares by STMicroelectronics hold.b. ST ultra-low-power ARM Cortex -M3 microcontrollerSTM32L series of products are based on the ultra-low-power ARM Cortex-M3 processor core, STMicroelectronics two unique energy-saving technologies: 130nm dedicated low-leakage current manufacturing process and optimize energy-saving architecture to deliver industry-leading energy-saving performance. This series belongs to the lineup 32 STMicroelectronics STM32 microcontroller product family, the product family, a total of 180 balance of product, the full range of products share most of the pin, software and peripherals, excellent compatibility with developers to the maximum design flexibility. c. ST ultra-low-power ARM Cortex -M0 microcontrollerSTM32F0 series of products are based on the ultra-low-power ARM Cortex-M0 processor core technology and features, enhanced integration, aimed at the application of ultra-low-cost budget. The family of microcontrollers to shorten the 8-bit and 16-bit micro-controller devices and the performance gap between the 32-bit microcontroller device, the user terminal products in the economy to achieve state-of-the-art complex features.d. ProductsBefore STM32F105 and STM32F107 interconnect family of microcontrollers, STMicroelectronics has introduced the STM32 Access Line Enhanced Series, the series of the USB basic series and enhanced; new products follow the Enhanced Series 72MHz processing frequency. Memory 64KB to 256KB Flash and 20KB to 64KB embedded SRAM. The LQFP64, LQFP100, and LFBGA100 three package in the new series, a different package to maintain the pin out consistency, combined with the STM32 platform design philosophy, and developers by selecting the products can be re-optimization function, memory, performance and pin count, with a minimum of hardware changes to meet individual application needs.Until July 1, 2010, the circulation of models:Basic: STM32F101R6 STM32F101C8 STM32F101R8 STM32F101V8 STM32F101RB STM32F101VBEnhanced: STM32F103C8 STM32F103R8 STM32F103V8 STM32F103RBSTM32F103VB STM32F103VE STM32F103ZESTM32 models Description: STM32F103RBT6 chip model, for example, the compositions of the models of seven parts, its naming rules are as follows:(1) STM32: STM32 ARM Cortex-M3 represents kernel of 32-bit microcontrollers.(2) F: F represents the chip sub-series.(3) 103:103 representatives Enhanced Series.(4) R: R This is a representative of the number of pins, where T represents 36 feet, 48 feet, C represents, R represents a 64 feet, V represents the 100-pin 144-pin, Z represents.(5) B: B a representative of embedded Flash capacity, including 6 on behalf of 32K bytes of Flash, 8 on behalf of 64K bytes Flash, 384K bytes Flash B on behalf of 128K bytes Flash, C on behalf of 256K bytes Flash, D representatives E on behalf of 512K bytes Flash.(6) T: T a representative of the package, in which H represents BGA package, T represents LQFP package, U represents VFQFPN package.(7) 6:6 This is a representative of the operating temperature range, where 6 represents -40 - 85 , 7 on behalf of -40 - 105 .e. STM32F103 performance characteristicsFeature1. The kernel: ARM32-bit Cortex-M3 CPU, the maximum operating frequency of 72MHz,1.25DMIPS/MHz. Single-cycle multiply and hardware division.2. Memory: integrated on-chip 32-512KB of Flash memory and 6-64KB SRAM memory.3. Clock reset and power management: 2.0-3 .6 V drive voltage of the power supply and I / O interface, POR, PDR and programmable voltage detector (PVD), 4-16MHz crystal oscillator, embedded 8MHz RC oscillator tuning circuit in the factory, 40 kHz internal RC oscillator circuit. For the CPU clock PLL. With the calibration for the RTC 32kHz crystal.4. Low power consumption: three kinds of low-power modes: Sleep, stop, standby mode. Powered the VBAT RTC and backup registers.5. Debug mode: serial debug (SWD) and JTAG interfaces.6. DMA: 12-channel DMA controller; supported peripherals: timers, ADC, DAC, SPI, IIC and USART.7.2 12 us class A / D converter (16-channel): A / D measurement range: 0-3 .6 V. Dual sample and hold capability. The chip integrates a temperature sensor.8. 2-channel 12-bit D / A converter: STM32F103xC STM32F103xD STM32F103xE unique.9. A maximum of up to 112 fast I / O ports: Depending on the model, 26,37,51,80, and 112 I / O ports, all ports can be mapped to the 16 external interrupt vector. In addition to the analog input can accept less than 5V input.10. A maximum of up to 11 timers: four 16-bit timers, each timer 4 IC / OC / PWM or pulse counter. Two 16-channel advanced control timer: up to 6 channels for PWM output. 2 watchdog timers (independent watchdog and window watchdog). Systick timer: 24-bit down counter. Two 16-bit basic timer is used to drive the DAC.11. A maximum of up to 13 communication interfaces: two IIC interface (SMBus / PMBus), 5 USART interface (ISO7816 interface, LIN, IrDA compatible, the debugging control), Three SPI interface (18 Mbit / s), two and IIS reuse, CAN interface (2.0B), USB 2.0 full-speed interface, SDIO interface.12. ECOPACK package: STM32F103xx family of microcontrollers ECOPACK package.System role1. Integrated embedded Flash and SRAM memory, ARM Cortex-M3 core. And compared to the 8/16 devices, the ARM Cortex-M3 32-bit RISC processor provides a higher efficiency of the code. The STM32F103xx microcontroller with an embedded ARM core, so can be compatible with all ARM tools and software.2. Embedded Flash memory and RAM memory: built-up to 512KB embedded Flash, can be used to store programs and data. Up to 64KB of embedded SRAM can read and write to the clock speed of the CPU (not wait state).3. A variable static memory (FSMC): FSMC embedded in STM32F103xC, STM32F103xD, STM32F103xE, with four chip select support four modes: Flash, RAM, PSRAM, NOR and NAND. After OR after three FSMC interrupt lines connected to the NVIC. No read / write FIFO PCCARD outside, the code is executed from the external memory, and does not support the Boot took target frequency equal to SYSCLK / 2 Therefore, when the system clock is 72MHz, external access, according to 36MHz.4. Nested vector interrupt controller (NVIC): can handle 43 maskable interrupt channels (not including the 16 interrupt lines of Cortex-M3), provides 16 interrupt priority. Tightly coupled NVIC lower interrupt processing delay directly passed to the kernel interrupt entry vector table address, tightly coupled the NVIC kernel interface, allows interrupts to be anticipated, after the higher-priority interrupt handling support tail chain, automatically save the state of the processor, interrupt entry automatically resume when the interrupt exit, no instruction intervention.5. The external interrupt / event controller (EXTI): External interrupt / event controller for 19 to generate an interrupt / event request edge detector lines. Each line can be individually configured to select the trigger event (rising edge, falling edge, or both), can also be individually shielded, a pending register to maintain the state of the interrupt request. When the external line appear longer than internal APB2 clock cycle pulse, EXTI is able to detect. Up to 112 GPIO connected to the 16 external interrupt lines.6. Clock and start: start or system clock selection, but reset when the internal 8MHz crystal was selected as the CPU clock. Can select one of 4-16MHz external clock, and will be monitored to determine whether successful. During this period, the controller is disabled and the software interrupt management subsequently also be prohibited. At the same time, if there is a need (for example, encountered an indirect use of crystal failed), PLL clock interrupt management fully available. Multiple pre-comparator can be used to configure the AHB frequency, including high-speed APB (PB2) and low-speed APB (APB1), high-speed APB highest frequency of 72MHz, low-speed APB highest frequency of 36MHz.7. Boot mode: startup, Boot pin is used to select one of three kinds Boot Options kinds: Import from user Flash memory from the system import, import from SRAM. The Boot import program is located in the system memory for Flash Memory Programming by USART1 re.8. Power supply program: VDD voltage range of 2.0V-3.6V, VDD pin provides an external power supply through, for I / O and internal regulator. VSSA and VDDA, voltage range of 2.0-3.6V, external analog voltage input for the ADC reset module, RC and PLL VDD range (ADC is limited to 2.4V); VSSA and VDDA must be corresponding connection to VSS and VDD. VBAT, the voltage range of 1.8-3.6V, VDD invalid for RTC, external 32KHz crystal oscillator and backup registers power supply (via the power switch to achieve).9. Power management: The device has a power-on reset (POR) circuit and power-down reset (PDR). This circuit has been used to ensure that the necessary operating from 2V starts fell to 2V. When VDD drops below a specific lower limit VPOR / PDR, without the need for an external reset circuit, the device can also be held in reset mode. Equipment specific to an embedded programmable voltage detector (PVD) PVD for detecting VDD compare and VPVD limit, will generate an interrupt when VDD to lower than VPVD or VDD greater than VPVD. Interrupt service routine can generate a warning message or MCU will be set to a safe state. PVD is enabled by software.10. Voltage regulator: The regulator has three operation modes: main (MR), low power (LPR) and power-down. MR used in the traditional sense of the adjustment mode (operating mode), LPR is used in the stop mode, power down in standby mode: regulator output is high impedance, the core circuit power-down; including zero consumption (the contents of the registers and SRAM will be lost).11. The low-power mode: STM32F103xx support three kinds of low-power mode, so as to achieve the best balance between low-power, short start-up time and wake-up source available. Sleep mode: only the CPU stops working, all peripherals continue to run, wake up the CPU interrupt / event occurs; Stop mode: allows keeping the contents of the SRAM and registering with minimal power consumption. The 1.8V regions of the clock are stopped, the PLL, the HSI and the HSE RC oscillators are disabled, and the regulator is set to normal or low-power mode. The device can wake-up from stop mode by external interrupt lines. The external interrupt sources can make one of the 16 external interrupt lines, PVD output or TRC warning. Standby mode: the pursuit of minimum power consumption, the internal voltage regulator is turned off, so 1.8V regional power outage. PLL, HSI and the HSE RC oscillators are also closed. Enter standby mode, in addition to backup register and Standby circuit, SRAM and register contents will be lost. When an external reset (NRST pin), the IWDG, reset, WKUP pin a rising edge or TRC warning occurs, the device out of standby mode. Enters the stop mode or standby mode, TRC, IWDG clock source does not stop.f. Architectural advantagesIn addition to the new features enhanced peripheral interface, STM32 interconnection series also provide the same standard interface with other STM32 microcontroller shared this peripheral enhance application flexibility of the entire product family, so that developers can multiple designs to repeated use of the same software. New STM32 standard peripherals include 10 timers, two 12-Msample / s analog-to-digital converter (Interleaved 2-Msample / s mode), two 12-bit digital-to-analog converters, two I2C interface five the USART interface and three SPI ports. A total of 12 new products peripheral DMA channels, there is a CRC calculation unit, like other STM32 microcontroller supports 96 unique identification number.The new family of microcontrollers also has followed the STM32 product family of low-voltage and energy-saving advantages. The operating voltage range of 2.0V to 3.6V, compatible with mainstream battery technology, such as lithium batteries and nickel-metal hydride batteries, the package also features a battery mode dedicated pin V bat. 72MHz frequency code execution from flash consumes only 27mA of current. Low-power mode, there are four; the current consumption can be reduced to two microamps. Fast start from the low-power mode to save energy; start circuit STM32 internally generated 8MHz signal to wake up the microcontroller from stop mode with less than 6 microseconds.B. Introduction of Fire-fighting robotFire robot as a kind of special robots, increasingly play a pivotal role in the fire fighting and rescue. The various large petrochemical enterprises, tunnels, subway growing oil