b题四旋翼自主飞行器(经验交流)

全国大学生电子设计竞赛经验交流,.参赛题目：四旋翼自主飞行器 .参赛队员： 赵泽民 王希鹏 王祥宇. 青岛农业大学,来自元器件清单猜想,比赛一周前收到元器件清单通知，我们分析认为四旋翼飞行器应该是控制类题目，我们基于擅长做控制类题，所以就对这道题提前进行了分析。 当提前三天收到瑞萨单片机后我们根据CPU体积质量分析，认为瑞萨单片机可能与四旋翼飞行器有关。,飞行器的选择,我们选择的标准：1、选小不选大，这样既满足了组委会对四旋翼尺寸的要求，又因为飞行惯性会小一些，利于控制2、选材料轻质的，有利于提高续航能力，满足完成比赛的要求,参赛题目选择,组委会官方网站公布题目后，针对控制类题目我们提出了以下问题：1、每个题目的技术难点有哪些，能不能解决？2、根据实验室现有条件是否能够完成这道题目？3、假若要做这道题目，我们能做到何种程度？ 经过比较分析，我们认为，四旋翼飞行器是一道新题，对任何队伍都没有经验和优势可言；CPU有特殊要求，我们已经基本掌握，这是我们的优势；,飞行器比赛场地分析 1、飞行器飞离地面20cm，从A点飞到B点 2、飞行器飞离地面20cm，从B点飞到A点 3、飞行器衔住厚度小于0.05cm，形状为4*4cm正方形 铁片从A点起飞，飞过中间1m示高线在B点上空抛落贴片 然后越过示高线飞回A点,电机驱动电路设计 电机需要2A电流,对于低电压高电流要求,我们选用KD2300,KD2300贴片式,供电电压20V以下,内阻28m,最大电流6A，体积较小,控制电路简单易于实现。,转速的测量方案 由于电池电压随着飞行时间而减小，给一个同样的PWM电机转速是不一样的，这样无法精确控制电机得飞行速度，为此我们加上了凹槽红外对管传感器直接测电机转速根据电压变化PWM给以不同变化。但是最后没有用，因为无法找到合适的PWM、电池量、转速这三者之间的关系。,因为需要掌握飞行器飞行状态、飞行参数以达到控制控制飞行器的目的，我们选用MPU-6050模块(三轴陀螺仪 + 三轴加速度)传感器，标准IIC通信协议芯片内置16bit AD转换器,16位数据输出，四个电机用四路不同PWM波进行控制。,飞行姿态控制方案,运动分析,四旋翼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。四旋翼飞行器的电机 1和电机 3逆时针旋转的同时，电机 2和电机 4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。在图中，电机 1和电机 3作逆时针旋转，电机 2和电机 4作顺时针旋转，规定沿 x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。,控制方式,本队将四旋翼飞行器四个机翼分为三种控制方式：第一种：将1和2，3和4级联，用以控制前后飞行；第二种：将2和3，1和4级联，用以控制左右飞行；第三种：将1和3，2和4级联，用以控制斜航飞行；,控制算法,INCLINE_X：X轴PWM控制量；CTRL_X:人为控制偏移量INCLINE_Y：Y轴PWM控制量；CTRL_Y:人为控制偏移量NCLINE_Z：Z轴PWM控制量；CTRL_Z:人为控制偏移量INCLINE_X=(ANGLE_X+CTRL_X)*M+ANGLE_SPEED_X*N;INCLINE_Y=(ANGLE_Y+CTRL_Y)*M+ANGLE_SPEED_Y*N;INCLINE_Z=(ANGLE_Z+CTRL_Z)*M+ANGLE_SPEED_Z*N;PWM1=BASIC+INCLINE_X+INCLINE_Y+INCLINE_Z;PWM2=BASIC+INCLINE_X-INCLINE_Y-INCLINE_Z;PWM3=BASIC-INCLINE_X-INCLINE_Y+INCLINE_Z;PWM4=BASIC-INCLINE_X+INCLINE_Y-INCLINE_Z;,飞行位置控制方案论证,1、安装OV7725摄像头模块，对地面黑色巡航线 自带24MHZ有源晶振，方便使用，分辨率120FPS 高帧速度输出，需要高速度处理器进行处理2、安装光电开关进行寻迹 使用E18-B0-N1光电开关，不需要外设电路，利用光电开关盲区检测地面高度，不稳定难实现3、自行设定飞行时间，不加传感器 对飞行方向和飞行时间需要严格精确控制 根据的飞行器负载能力、指定cpu的性能分析我们选择了 方案三。,程序框图,开始,传感器