基于STM32的四旋翼飞行控制系统毕业设计.doc

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目 录
1前言 1
背景与意义 1
国内外研究现状 1
论文主要工作 2
2总体方案设计 3
方案比拟 3
方案论证与选择 3
3飞行器原理与构造 5
飞行器原理 5
飞行器构造 6
4单元模块设计 8
各单元模块功能介绍及电路设计 8
电源 8
STM32F407最小系统 9
下载电路 11
飞控姿态模块 11
无刷电机连接电路 12
串口接口电路 12
特殊器件的介绍 12
无线数传模块 12
飞控姿态模块 13
5软件设计 16
软件设计原理及设计所用工具 16
主要软件设计流程框图及说明 17
串口中断流程图 17
外部中断流程图 18
主程序流程图 18
6系统调试 20
通信系统 20
姿态传感器调试 21
传感器数据分析与处理 21
姿态解算 23
数据中断 28
PID调试 30
PID姿态控制 30
飞控系统PID调试 33
7系统功能、指标参数 36
系统能实现的功能 36
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系统指标参数 36
8结论 38
回忆 38
展望 38
9总结与体会 39
10谢辞 40
11参考文献 41
附录： 42
42
图 43
44
46
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1前言

近年来得益于现代控制理论与电子控制技术的开展，四轴飞行器得到了广泛的关注，在民用与工业领域，具有广泛的应用前景。甚至无人机在战争中得到广泛的应用。当下无人机开展炽热，其中以四旋翼飞行器的开展最为突出。四旋翼飞行器其具有以下特点：
(1)体积小巧，可以工作在恶劣的，危害人类安康和生命的环境中，最大限度地减少人员伤亡，飞行器可以全天工作无需休息，工作效率高。
(2)支持配备高端电子产品，多种外设相连接，如照相机、机械臂等，可以实现一些娱乐功能。
例如在高空电力线巡检中，无人机能在工作人员的操控下进展工作，可以代替人工对巡检对象实施接近检测，减少工人的劳动强度。也可以携带传感仪器、摄像机等，对巡检对象进展数据收集、分析与存储，这进一步提高巡检的工作效率和巡检精度。在军事上，在局部小规模对战的时候，一些普通的侦察机，可能受到敌方打击而造成不必要的机体人员伤亡，无人机那么可以很好地起到替代作用。利用四旋翼飞行器作为侦察机，具有振动小、噪声小、可靠性高、本钱低、反侦察能力强、自我销毁等优势。因此无人机的军事价值不可估量。四旋翼飞行器还有着更为广阔的前景等待着开发。比方可以通过为飞行器的添加更加智能的算法实现人机互动，让飞行器帮人取物件等。
尽管目前四旋翼飞行器已经在许多领域得到运用，但总体而言依旧处于初步开展阶段。

国际上比拟知名的飞行器公司有中国大疆创新和美国的3D Robotics。作为全球无人机领域的领头羊，这两家公司在无人机技术开展速度可以用迅猛来形容。比方大疆公司最新的精灵4无人机，。
精灵4实物图
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精灵4具有以下功能：
可感知前方障碍物并自动绕行。
通过视觉识别自动跟拍移动物体。
点击相机画面，即可向指点方向自主飞行。
智能返航，感知障碍物后可自动提升飞行高度。
最大飞行时间28分钟，最大可控距离约5公里。
最高速度提升至20m/s (72km/h)。
一体化云台设计，提升了飞行和影像的稳定性。
利用全新的视觉定位技术，可实现室内外精准定位。
又比方：3D Robotics公司最新出品的PIXHAWK飞控，拥有出色飞行稳定性，搭载双传感器系统和冗余电源输入并且可以扩展两组GPS系统，确保飞行失误降到最低。这两家公司占领了全球大局部无人机市场，并且由于技术的高门槛和垄断，其他无人机公司已经被远远的甩在了后面。大局部的无人机公司的技术仅仅停留在稳定飞行、简单航拍和户外GPS定位阶段。

无人机作为当今电子产业里一个冉冉升起的新星，具有广阔的市场和开展前景。作为当代大学生，不仅要顺应时代的潮流，更要有作为时代弄潮儿的信心与勇气。四旋翼无人机涉及知识面很广泛，其中核心知识与本专业契合度相当高。比方，一颗功能强劲的微机芯