DIY四轴飞行器】

DIY四轴飞行器,【概述】：,diy小四轴需要准备什么零件？720空心杯电机(4个)螺旋桨(4个，需2个正桨、2个反桨)电池(3.7V航模动力电池2块)遥控器(非必选，可用APP代替)航模充电电池充电器电子元器件PCB设计与打样芯片(包括飞控及其其他附属芯片)机架(非必选)蓝牙或者射频模块,区分正桨和反桨用桨叶迎风面区分正反桨：螺旋桨横着放，桨叶有字的一面向上，右边桨叶的迎风面在后面的是正桨，右边桨叶的迎风面在前面的是反桨。,航模电池,预计成本,720空心板电机(15*4)+20C3.7V锂电池(15)+小的电子元器件(50)+PCB电路板打样(100)+NRF模块(或者蓝牙模块20)+遥控器(看情况而定)大概成本在240左右(不加遥控器),2.四轴飞行基本原理,四旋翼飞行器结构示意图,工作原理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。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，分别为垂直、俯仰、翻滚、偏航、前后、侧向运动。,基本概念：通道日本手、美国手正桨、反桨电子调速器(电调)电池2s常用飞控、飞控解锁陀螺仪电机kv值,板子外形PCB设计,电路原理图设计,电源模块原理图,MOS管驱动电机,LED灯电路,【MOS管如何驱动720空心板电机】,电气参数:电压：3.7V转速：45000转/分钟轴径：1mm,点亮LED闪烁LED启发：可以类比如上LED，如何驱动电机呢？,如下示意图：,四轴飞行器采用MOS管进行驱动电机(电子开关)PWM实际的电路图如右图所示：R8的作用是匹配两端电压，R12就是为mos管的门的开关建立一个工作电压，而二极管的作用就是泄放电机在电流通断的过程中产生的电动势。,【软件进阶】,STM32环境搭建与入门1.环境搭建(STM32库搭建工程)2.STM32简单入门(GPIO点亮LED灯或呼吸灯、USART常用方法、系统常用定时器(输出PWM)、ADC的使用)3.中断(中断优先级的设置方式、配置中断优先级的原则、中断方式和轮训方式的区别、用中断方式检测按键事件以及软件消抖),I2C专题1.I2C通讯原理(I2C通讯时序、I2C主从机协调、I2C通讯常用问题)2.软件模拟I2C(软件配置IO口实现数据通讯过程)3.STM32硬件I2C接口的配置和使用(硬件I2C的配置过程)SPI接口与NRF模块的使用(遥控器通讯)1.SPI硬件接口(SPI通讯原理、配置过程、数据)2.NRF模块(配置过程、主从机数据通讯机制分析、NRF常见通讯失败经验问题),如何获取四轴飞行器的姿态角？1.MPU常见问题(硬件原理、如何用I2C与STM32进行数据通讯、如何检测MPU6050是否焊接成功、获取的原始数据的意义及转换关系)2.数据滤波与数据融合算法(获取姿态角)或者直接移植dmp库进行姿态结算,PID控制算法专题1.PID算法分析(开环控制以及闭环控制分析平衡否、抗干扰性)2.PID算法原理分析(PID算法数学推导、PID各部分作用以及对系统的影响、根据具体的系统选取相应最优的算法)3.四轴系统PID算法分析(四轴系统分析、四轴单环PID算法分析、四轴串级PID算法分析)4.调参,调参(上位机),测试飞行,【姿态的获取】,分清几个角：pitch、row、yaw何为角度增大、角度减小,法1：直接用DMP获取四元数和欧拉角法2：欧拉角微分法(物理意义比较明确，计算量大)mpu6050内部结构坐标系的旋转以及欧拉角描述平面旋转设坐标系绕旋转角后得到坐标系，在空间中有一个矢量在坐标系中的投影为，在内的投影为由于旋转绕进行，所以Z坐标未变，即有：,转换成矩阵形式(单轴)：,三维空间情况如下：由该旋转矩阵通过公式推导可得欧拉角微分方程：,法3：用四元数解算姿态四元数定义：构造四元数：其中是绕旋转轴旋转的角度，三个角余弦值为旋转轴在x,y,z方向的分量（由此确定了旋转轴）。,刚才用欧拉角描述的方向余弦矩阵(旋转矩阵)用四元数描述则为：经由公式推导可知四元数转欧拉角：ANGLE.Yaw=atan2(2*q1*q2+2*q0*q3,-2*q2*q2-2*q3*q3+1)*57.3;/yawANGLE.Y=asin(-2*q1*q3+2*q0*q2)*57.3;/pitchANGLE.X=atan2(2*q2*q3+2*q0*q1,-2*q1*q1-2*q2*q2+1)*57.3;/roll,1.重力加速度归一化：加速度计数据归一化，把加速度计的三维向量转换为单位向量，因为是单位矢量到参考性的投影，所以要把加速度计数据单位化，其实归一化改变的只是这三个向量的长度，也就是只改变了相同的倍数，方向并没有改变，也是为了与单位四元数对应。2.提取四元数的等效余弦矩阵中的重力分量：将当前姿态的重力在三个轴上的分量分离出来,把四元数换算成方向余弦中的第三行的三个元素，根据余弦矩阵和欧拉角的