四旋翼自主飞行器

-.z2013年全国大学生电子设计竞赛论文四旋翼自主飞行器〔B题〕【本科组】2013年9月7日摘要：为了满足四旋翼自主飞行器的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统和算法。首先进展了个单元电路方案的比拟论证，确定了硬件设计方案，飞行器采用了四电机驱动方式，以微控制器R5F100LEA作为控制核心。采用中特威AL系列无刷电子调速器驱动直流电机，该装置具有电阻小，电流大，且控制简单等优点。通过微博发射接收装置确定飞行高度，通过arduino板来控制陀螺仪使飞行棋能够自动调整，利用红外发射接收装置实现循迹飞行功能，利用吸盘式电磁铁装置来吸附铁片，完成相应任务。关键词：四旋翼飞行器，R5F100LEA，arduino，电磁铁，微波，红外1目录1系统方案的设计与论证……………31.1系统总体框架………31.2方案论证与比拟……3主控板……………31.2．2信号检测模块的论证与验证……4电机驱动模块……42单元模块设计………42.1标志线检测模块……42.2超声波测距模块……52.3电磁铁模块…………53软件设计……………64测试结果……………64.1根本要求测试结果…………………64.2发挥局部测试结果…………………65设计总结……………76参考资料…………………77附录………82四旋翼自主飞行器〔B题〕【本科组】1.系统方案的设计与论证1.1系统总体框架本系统主要由主控模块，电机模块，电机驱动模块，信号检测和控制模块组成，下面论证几个模块的选择。电机驱动模块电机驱动模块电机模块飞行器机体电源模块控制模块循迹模块超声波测距模块模块电磁铁模块1.2方案论证与比拟主控板方案一：采用瑞萨R5F100LEA作为主控芯片，该平台包括一个简单的开发板，和一套程序开发软件，有比赛方提供，其功能强大，且不需花费。方案二：使用传统的51单片机作为主控芯片，具有使用简便、廉价价格等优点，但是其运算能力较低，速度较慢，功能相对单一，难以实现较复杂的任务要求。综上所述，选择方案一。31.2．2信号检测模块的论证与验证方案一：采用arduino板进展操作，它是一款开放源代码的硬件工程平台，他可以大量的读取大量开关和各种传感器，方便操作，且价格低廉。方案二：将传感器当成相应电路，此种方法虽然根底容易，但对精读操作较难，不易成功，且存在较大的误差。综上所述，选择方案一。电机驱动模块方案一：电机的驱动，我们采用中特威AL通过设定pwm的占空比对其速度进展定义，它的优点在于能够进展无限制的转速支持，它是循环设置，操作简单方便，接通电源后不会立刻启动飞机转动，造成不必要的伤害。方案二：采用LN298作为电机驱动，经过一天的调试以后发现LN298的驱动能力缺乏且内阻较大，PID调速很不稳定。综上所述，选择方案一。2.单元模块设计2.1标志线检测模块标志线检测采用检测黑线常用的TCRT5000对管，检测到黑线出入高电平，其他情况下输入低电平，将此信息传送到MCU中控板上，通过安装在飞行器上的红外检测对飞行器方向起到粗调作用。该模块的原理图如图。发射红外光发射红外光承受红外光图标志线检测模块原理图42.2超声波测距模块超声波测距模块采用经常使用地HC-SR04超声波传感器，其接入串口接入简单，Trig发送超声波，在其端口发一个10US以上的高电平,，在Echo接收超声波。Vcc接入5V高电平，GND接地。发射超声波发射超声波承受超声波将计算结果通过arduino板传送到中控板上，进展高度测量，用以到达题目要求的飞行高度，及飞跃示高线。2.3电磁铁模块选择的是吸盘式电磁铁，该种磁铁具有质量轻，形状小且规则，吸力大等优点，该模块只需将电源正负极街道电磁铁正负极端口处，再与铁片接触便能完成题目设计要求。53.软件设计在软件设计中，我们采用CubeSuite+集成开发环境，CubeSuite+为软件开发所特有的重复性编辑、构建与调试提供了终极简单性、可用性和平安性。CubeSuite+易于安装和操作，提供了高度用户友好的开发环境，极大地缩短了构建时间，并且具有多种图形调试功能。各种扩展功能和用户支持功能可以保证为所有用户提供可靠的环境。CubeSuite+在包装内整合了瑞萨MCU软件开发所需的全部根本软件，安装完成之后可以立即投入使用。CubeSuite+还与瑞萨硬件工具兼容，如片上调试仿真器E1〔单独出售〕，从而简化了高级调试。4.系统测试4.1根本要求测试结果测试方案：1、硬件测试系统由控制、驱动等电路构成，先将各个小模块的硬件电路进展焊接，使用万用表、示波器进展调试；然后将多个小模块组装成系统的原理图，并调试以构成系统的硬件局部。2、硬件软件联调使用CubeSuite+软件对CMU进展编程并输入芯片，然后将主控板接入飞行器硬件局部，来观察小车的运行状况，实现硬件软件联调。4.2发挥局部测试结果2、硬件软件联调使用CubeSuite+软件对CMU进展编程并输入芯片，然后将主控板接入飞行器硬件局部，来观察小车的运行状况，实现硬件软件联调。65.设计总结在做四旋翼飞行器的这四天三夜中，我们分别进展了尺寸大小的改造，电调驱动电机，MCU主控板程序编写调试，传感器程序调节。虽然在总体上并未和成功空间，但实现了各模块的使用。这对我们来说也是一笔财富。6.参考