【《某四轴飞行器的整体系统方案设计案例》1200字】

某四轴飞行器的整体系统方案设计案例1.1设计原理本次设计硬件部分主要包括遥控器和飞行器两大部分，主控芯片均釆用32位armcorex-mcoreSTM32系列的STM32F103C8T6作为中央处理器，遥控器和飞行器之间通信采用1.4G无线通信频段的NRF24L01模块，模块与MCU之间通过硬件SPI釆用1MHz的速率通信。遥控器外形设计似游戏手柄，直接用PCB电路板打样后作为遥控器外形。遥控器通过采集摇杆ADC电压值及状态发送给飞行器。飞行器外形设计为十字架形状，先用CAD绘制外形，接着导入AltiumDesigner，用软件里的Keep-OutLayer层作为飞行器外框。飞行器软件部分主要是MCUSTM32F103C8T6通过I2C协议，以400KHZ的速率读取MPU6050的数据，并定时利用惯性测量单元(IMU)姿态获取技术，然后通过PID电机自动控制算法，把PID输出量跟无线接收到的数据进行融合，最终通过输出PWM来控制高速空心杯直流有刷电机来实现各种飞行状态。飞行器螺旋桨主要提供三个作用，一是提供升力，保证飞行器能处于飞行状态；另一个是四个螺旋桨分为两两对称布置，单轴对称布置正反螺旋桨叶，互相抵消螺旋桨旋转时产生的力矩；此外，可以通过调整每个螺旋桨转速，达到飞行姿态控制。飞行姿态控制是四轴飞行器设计核心部分之一。1.2设计方案1.1.1硬件电路方案本次设计采用STM32F103C8T6微控制器作为MCU,并且均釆用3.7V充电电池作为电源为系统供电，电池通过XC6206P332MR（662K）芯片稳压到3.3V为MCU以及外设供电，飞行器供电比较特殊，其供电分为两个部分：一是3.7V电池直接为电机供电，二是电池稳压到3.3V之后为系统和外设供电。遥控器端的主要硬件部分包括最小系统、无线NRF2L01模块、程序下载、ADC釆集、蜂鸣器、LED指示灯以及串口调试，飞行器端硬件主要部分有最小系统、程序下载，无线NRF2L01 模块、电机驱动、惯性测量单元MPU6050以及LED驱动电路，其系统总体框图如图2-1所示。图2-1系统硬件总体框图1.1.2各部分功能作用1. MCU控制中心MCU是飞行器和遥控器的控制中心，是它们的大脑，主要功能是收集数据和处理数据并且做出指示。本次设计选用的是32位的基于ARMCorteX-M为内核的STM32F103C8T6作为中央处理器，设置72M的时钟频率，完全能达到设计的要求。1. 电源模块电源模块起着为系统充能量的作用，任何电子系统没有了电源，系统肯定会瘫痪，所以电源起着至关重要的作用。本次电源设计模块选用XC6206P332MR（662K）作为3.7V转3.3V降压芯片；遥控还使用了BL8530-5.0的升压芯片。3. 通信模块通信模块在整个系统中起着信号交流的作用，遥控器通过MCU读取的按键信息以及油门方向值发送到飞行器端，飞行器端接收到之后做出相应的动作。本次设计采用NRF24L01无线通信模块，选着此模块的原因是因其通信协议简单、传输距离相对较远、价格低廉等优点。4. 惯性测量单元惯性测量单元主要是在飞行器飞行过程中实时检测姿态的传感器，对于飞行器想要平稳飞行来说具有极其重要的作用。本次设计之所以选用MPU6050作为姿态传感器作为惯性测量单元，是因其具有跟MCU之间进行I2C数据传输，传输速率为400KHZ,通信协议简单、价格低廉等优点。5. 电机驱动电机驱动部分主要是MCU通过控制PWM然后控制MOS管打开和闭合作为幵关从而控制电机的转动。本设计釆用SI2302N型MOS管，其具有低幵启电压大电流并且价格便宜等