四旋翼飛行器遙控發(fā)射接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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. 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 2012 屆 ) 題 目： 四旋翼飛行器遙控發(fā)射接收系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分 院: 信息工程分院 專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí): 12電氣本1 姓 名: 趙浩鋒 學(xué) 號(hào): 12303653144 指導(dǎo)老師: 孫躍 完成時(shí)間: 2016年3月 . . 溫州大學(xué)城市學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除文中已經(jīng)加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得溫州大學(xué)城市學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)溫州大學(xué)城市學(xué)院可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1、保密□，在______年解密后適用本授權(quán)書。 2、不保密□。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘要：四旋翼飛行器以其結(jié)構(gòu)新穎、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、性能卓越等特點(diǎn)，使其在軍事、民用及科技領(lǐng)域都有很強(qiáng)的研究和應(yīng)用價(jià)值。由于它用四個(gè)螺旋槳進(jìn)行飛行，因此它的飛行姿態(tài)保持能力比單旋翼飛行器更強(qiáng)，升降所需要的空間也較小，且其在障礙物較多的情況下仍具有很強(qiáng)的操縱性。根據(jù)這些特點(diǎn)四旋翼飛行器比單旋翼飛行器更適合在室內(nèi)、街道、森林等復(fù)雜環(huán)境下的進(jìn)行拍攝和救災(zāi)工作。 本文以STM32處理器為核心；無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊采用的是NRF21L01模塊實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過試驗(yàn)，飛行器能夠準(zhǔn)確接收到來自地面的控制指令并完成相應(yīng)的飛行任務(wù)，實(shí)現(xiàn)垂直起降、懸停等飛行姿態(tài)。 關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器；無(wú)線通信；微控制器 Abstract：Four-rotor aircraft for its novel structure, high mobility, high performance features, making the military, civilian and scientific and technological fields have a strong research and application. Because it uses four propellers flight, flight attitude so that the ability to maintain greater than single-rotor, the space required for the lift is small, and it still has a strong maneuverability in case more obstacle. According to these characteristics four-rotor aircraft more suitable than single-rotor aircraft shooting and relief work in the interior, streets, forests and other complex environments. In this paper, core processor is used STM32; wireless data communication module is used NRF21L01 modules. After testing, the aircraft can accurately control commands received from the ground and complete the mission, achieve vertical takeoff and landing, hovering and other flying attitude. Key Words：Four-rotor aircraft; Wireless communication; Microcontroller . 目 錄 摘要 II Abstract III 一、緒論 1 （一）課題研究的目的和意義 1 （二）國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 1.國(guó)內(nèi)四旋翼飛行器的研究 1 2. 國(guó)外四旋翼飛行器的研究 1 二、總體方案設(shè)計(jì) 3 （一）總體設(shè)計(jì)原理 3 （二）總體設(shè)計(jì)方案 3 1.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案 3 2.各部分功能作用 3 3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 4 三、硬件電路設(shè)計(jì) 5 2.無(wú)線通信模塊電路設(shè)計(jì) 6 3.實(shí)物介紹 9 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11 （一）Keil MDK5.12簡(jiǎn)介 11 1．Keil MDK概述 11 2. Keil MDK功能特點(diǎn) 11 （二）軟件設(shè)計(jì)框圖 11 結(jié)論 13 致 謝 14 參考文獻(xiàn) 15 附錄 16 一、緒論 本章主要介紹了關(guān)于四旋翼飛行器研究的背景和意義，和國(guó)內(nèi)外高校以及研究機(jī)構(gòu)對(duì)四旋翼飛行器研究的現(xiàn)狀。本章主要由課題研究的目的和意義，國(guó)內(nèi)外四旋翼飛行器的研究和論文的主要研究?jī)?nèi)容等幾個(gè)部分組成。 （一）課題研究的目的和意義 隨著微電子、微導(dǎo)航、微機(jī)電技術(shù)的廣泛運(yùn)用，無(wú)人機(jī)技術(shù)很快就在全世界范圍內(nèi)掀起了研究熱潮，并得到了快速且長(zhǎng)足的發(fā)展。相對(duì)于其他無(wú)人機(jī)而言，四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本也相對(duì)較低，方便維修和護(hù)理。除此之外，四旋翼飛行器還具有體積小、重量輕、控制靈活方便、可垂直起降、懸停等特點(diǎn)，不論是在軍事領(lǐng)域或是民用領(lǐng)域都得到了非常廣泛的運(yùn)用。 （二）國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1.國(guó)內(nèi)四旋翼飛行器的研究 目前，我國(guó)的一些高校和科研機(jī)構(gòu)在四旋翼飛行器的研究上也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。比如國(guó)防科技大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和南京航空航天大學(xué)等。國(guó)防科技大學(xué)早就在2004年開始研究微小型飛行器的相關(guān)技術(shù)，是我國(guó)最早一批開展對(duì)四旋翼飛行器研究的高校之一，他們使用了自抗擾控制器（ADRC）算法以及反步法這兩種方法來對(duì)四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在接下來的幾年里，南京航空航天大學(xué)、南京理工大學(xué)等等高校也進(jìn)行了對(duì)四旋翼飛行器的理論分析和計(jì)算機(jī)仿真，并都制作了屬于自己的四旋翼飛行器。 同時(shí)，四旋翼飛行器在商業(yè)上的應(yīng)用也越來越廣泛，在2013年9月3日，順豐就在廣東東莞松山湖區(qū)域進(jìn)行了無(wú)人機(jī)送貨內(nèi)測(cè)。順豐自主研發(fā)了該無(wú)人機(jī)的內(nèi)置導(dǎo)航系統(tǒng)，該飛行器飛行高度約為100米，落點(diǎn)誤差基本上能夠控制在方圓兩米以內(nèi)，同時(shí)可以對(duì)路線和目的地來進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。如果測(cè)試可行，就可以大量減少人力成本。 除此以外，越來越多的四旋翼飛行器以一種娛樂設(shè)備的形式出現(xiàn)在大眾的視線里。通常這種四旋翼飛行器都攜帶著攝像頭，用戶可以通過手持設(shè)備來對(duì)飛行器進(jìn)行控制，以此來給用戶帶來樂趣。 2. 國(guó)外四旋翼飛行器的研究 國(guó)外四旋翼飛行器的發(fā)展非常迅速，因?yàn)樗麄冊(cè)谶@一領(lǐng)域已經(jīng)擁有了非常悠久的歷史，同時(shí)還有著深厚底蘊(yùn)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。四旋翼飛行器在多旋翼無(wú)人飛行器中是較為常見的一種類型,其對(duì)硬件平臺(tái)的要求較高,相應(yīng)的難度也較大。國(guó)外有很多高校和科研機(jī)構(gòu)都做出了一定的成果，有進(jìn)行室外研究和室內(nèi)研究的，其中進(jìn)行室外研究的有美國(guó)斯坦福大學(xué)，日本千葉大學(xué)以及美國(guó)奧克蘭大學(xué)和法國(guó)貢比涅技術(shù)大學(xué)等。進(jìn)行室內(nèi)的有美國(guó)麻省理工大學(xué)，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)和瑞士聯(lián)邦技術(shù)機(jī)構(gòu)等。除了高校和科研單位，國(guó)外的一些商業(yè)公司也加入到對(duì)四旋翼飛行器的研究行列，如美國(guó)的Draganfly公司和德國(guó)的Microdrone GbmH公司等。 近年來，國(guó)外研發(fā)了很多高性能的飛行器。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家四旋翼飛行器已經(jīng)在軍事和商業(yè)領(lǐng)域都取得了非常顯著的成就。其中比較具有代表性的就是Draganflyer X4、Parrot AR.Drone Quadricopter。 Draganflyer X4是美國(guó)Draganfly Innovations Inc研發(fā)的遙控飛機(jī)。如圖1.1所示。該飛行器具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，并且它還具有懸浮功能，對(duì)于拍攝有很大的幫助。當(dāng)控制器失控時(shí)，它甚至可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)著陸，從而保證飛行器和攝像設(shè)備的安全。 圖1. 1 二、總體方案設(shè)計(jì) （一）總體設(shè)計(jì)原理 本次設(shè)計(jì)硬件主要為遙控器部分，處理器采用32位基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103芯片，遙控器和飛行器之間的數(shù)據(jù)通信采用的是2.4G民用無(wú)線通信頻段的NRF24L01模塊。遙控器外型類似與游戲手柄。遙控器通過采集蘑菇頭搖桿電位器ADC電壓值以及按鍵狀態(tài)發(fā)送給飛行器。 （二）總體設(shè)計(jì)方案 1.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)采用IAP15W4K58S4微控制器作為MCU，并且均采用3.7V充電電池作為電源為系統(tǒng)供電，電池通過CAT2829芯片穩(wěn)壓到3.3V為MCU以及外設(shè)供電。遙控器端的主要硬件部分包括最小系統(tǒng)、無(wú)線NRF24L01模塊、程序下載、ADC采集、蜂鳴器、LED指示燈以及串口調(diào)試，飛行器端硬件主要部分有最小系統(tǒng)、程序下載，無(wú)線NRF24L01模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、慣性測(cè)量單元MPU6050以及LED驅(qū)動(dòng)電路，其系統(tǒng)總體框圖如下所示。 NRF24L01無(wú)線模塊 NRF24L01無(wú)線模塊 串口調(diào)試 程序下載 串口調(diào)試 程序下載 電池電量監(jiān)控 電源 狀態(tài)顯示LED 按鈕 蜂鳴器 電源 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 復(fù)位 慣性測(cè)量單元 遙控器MCU 搖桿控制 狀態(tài)顯示LED 遙控器MCU - 2.各部分功能作用 （1）MCU控制中心 MCU是飛行器以及遙控器的控制中心，是它們的大腦，主要功能是采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)并做出指示。本次設(shè)計(jì)采用的是32位的基于ARM Cortex-3為內(nèi)核的STM32F103作為中央處理器。 （2）通信模塊 通信模塊在整個(gè)系統(tǒng)中起著信號(hào)交流的作用，遙控器通過MCU讀取的按鍵信息以及油門方向值發(fā)送到飛行器端，飛行器端接收到之后做出相應(yīng)的動(dòng)作。本次設(shè)計(jì)主要采用NRF24L01無(wú)線通信模塊，選擇該模塊的原因是因其通信協(xié)議簡(jiǎn)單、傳輸距離相對(duì)較遠(yuǎn)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 （3）LED狀態(tài)指示 在硬件電路設(shè)計(jì)中，LED首先必須要有電源指示燈，從而判斷系統(tǒng)是否上電。同時(shí)還需要有信號(hào)指示燈，指示遙控器和飛行器是否通信，最后就是狀態(tài)顯示LED燈顯示飛行器狀態(tài)等等。 3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)軟件部分包括遙控器程序以及飛行器的接收程序設(shè)計(jì)。遙控器程序設(shè)計(jì)主要包括有無(wú)線NRF24L01發(fā)送、ADC電壓采集之后的處理、讀取按鍵狀態(tài)和LED燈指示等，涉及的軟件包括SPI通信協(xié)議、ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換、I/O口驅(qū)動(dòng)等。飛行器端程序涉及部分主要包括NRF24L01接收、LED狀態(tài)燈等。 三、硬件電路設(shè)計(jì) （一）遙控器的硬件設(shè)計(jì) 如圖3.1所示，遙控器主要由處理器、無(wú)線收發(fā)模塊和4路搖桿器三部分組成。 主處理器及其最小系統(tǒng)的電路和飛行器的電路相同。主要利用處理器片內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換器采集搖桿的信息，然后將四路電位器的輸出引腳接到處理器的AD轉(zhuǎn)換口，免去了外接AD轉(zhuǎn)換芯片以及配置電路的麻煩，大大節(jié)省了硬件空間。無(wú)線收發(fā)模塊選用E01-ML01DP3無(wú)線通信模塊模塊，傳輸距離大概在1100m左右。 圖3. 1 遙控硬件配置： MCU：STM32F103 72Mhz 傳感器：MPU6050 3軸加速度、三軸陀螺儀 通信方式：NRF24L01、串口藍(lán)牙、串口WIFI、串口433等 通信芯片：FT232串口芯片，串口波特率可以上M，輕松穩(wěn)定高速通信 1. 處理器 （1） 針對(duì)各公司單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)比較 從總體上來講，ARM的控制能力較強(qiáng)，速度快功耗也低，價(jià)格也適中，同時(shí)還可以加操作系統(tǒng)；DSP的速度最快，但同時(shí)價(jià)格更高，更適用于高速信號(hào)處理系統(tǒng)；C51更適用于簡(jiǎn)單的控制，編程也簡(jiǎn)單方便，同時(shí)價(jià)格也更加實(shí)惠。 從運(yùn)算能力上看，因?yàn)镃51是8位的；ARM是32位；DSP有16位，以及更高的。所以C51最弱，DSP最強(qiáng)，ARM比較中庸。 從結(jié)構(gòu)上看，C51是一般的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，ARM和DSP一般采用哈佛結(jié)構(gòu)。 從頻率上看，C51工作頻率最低，一般為10~24MHz，因此功耗也低。ARM的功率一般在幾十到200MHz之間。而DSP的頻率高達(dá)300MHz以上，同時(shí)功耗也大。 雖然C51的性能遠(yuǎn)不如其他兩種，但它的性價(jià)比很高，面積也非常小，還能配比非常豐富的外圍電路，同時(shí)，這些也限制了它的使用，因此C51主要應(yīng)用于不需要太多計(jì)算量的系統(tǒng)。 ARM相對(duì)于其他兩種的優(yōu)點(diǎn)在于其內(nèi)部的模塊或者總線接口功能十分豐富。同時(shí)，ROM，RAM較大，管腳也多。 （2） 芯片簡(jiǎn)介 ARMCortex-M3采用哈佛結(jié)構(gòu)，采用的是分離的指令以及數(shù)據(jù)總線，相比于馮諾依曼結(jié)構(gòu)而言處理速度更快。 ARMCortex-M3在成本以及功耗方面具有非常優(yōu)秀的性能，并且非常適用于汽車以及無(wú)線通信領(lǐng)域。 STM32系列處理器是由ST公司按照ARMCortex-M3內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)打造的，其追求的是高性能、低成本、低功耗。按照其性能可以分為增強(qiáng)型STM32F103系列以及基本型STM32F101系列兩種。 本設(shè)計(jì)中使用的是增強(qiáng)型STM32F103。 概述：閃存FLASH：512K字節(jié)、SRAM:64K、3xUSART、2xSPI、2xI2C、3x16位定時(shí)器、4-16MHz主振蕩器、實(shí)時(shí)鐘、2x看門狗、復(fù)位電路、上電/斷電復(fù)位、電壓檢測(cè)、7通道DMA、80%通用I/O管腳、內(nèi)嵌8MHz的RC振蕩器、和32kHz的RC振蕩器、72MHzCPU、2x12位ADC(1ms)溫度傳感器、USB2.0全速、CAN2.0B、PWM定時(shí)器。 2.無(wú)線通信模塊電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)無(wú)線通信模塊采用的是NRF24L01模塊。NRF24L01模塊。NRF24L01具有以下特性： 真正的GFSK單收發(fā)芯片 內(nèi)置鏈路層 增強(qiáng)型ShockBurstTM 自動(dòng)應(yīng)答及自動(dòng)重發(fā)功能 地址及CRC檢驗(yàn)功能 數(shù)據(jù)傳輸率1或2Mbps SPI接口數(shù)據(jù)速率0~8Mbps 125個(gè)可選工作頻道 很短的頻道切換時(shí)間可用于調(diào)頻 與NRF24XX系列完全兼容 可接受5V電平的輸入 極低的晶振要求60ppm 工作電壓1.9~3.6V 四旋翼無(wú)人機(jī)要將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛?，操作者將操作指令發(fā)送給無(wú)人機(jī)，這些都需要通過無(wú)線數(shù)據(jù)通信來實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)選用了E01-ML01DP3無(wú)線通信模塊，這是一款 2.4G 無(wú)線通信模塊，采用原裝進(jìn)口的 nRF24L01P芯片，配備20dBm 功率放大芯片，使模塊最大發(fā)射功率達(dá)到了 100mW（20dBm)，并同時(shí)將接收靈敏度提升到 10dBm，使得模塊超過 nRF24L01P 本身10 倍以上的發(fā)射距離，傳輸距離可以達(dá)到 1100m。E01-ML01DP3 模塊實(shí)物如圖 3.2 所示。E01-ML01DP3 模塊引腳及尺寸下圖 3.3 所示。模塊與模塊之間采用2.4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻段通信，其電路原理圖如圖3.4所示。無(wú)線NRF24L01模塊與MCU之間連接口如表3-1所示。 圖3.2 圖3.3 圖3.4 表3-1 MCU引腳 NRF24L01引腳 功能 PA3 CE 使能發(fā)送或接收 PA4 CSN SPI片選信號(hào) PA5 SCK SPI時(shí)鐘信號(hào) PA6 MOSI SPI數(shù)據(jù)輸入腳 PA7 MISO SPI數(shù)據(jù)輸出腳 （1）模塊簡(jiǎn)介 E01-ML01DP3 模塊引腳描述 引腳序號(hào) 名稱 方向 描述 1 GND / 地線，連接到電源參考地 2 VCC / 供電電源，必須2.0-3.6V之間 3 CE 輸入 模塊控制引腳 4 CSN 輸入 模塊片選引腳，用于開始一個(gè)SPI通信 5 SCK 輸入 模塊SPI總線時(shí)鐘 6 MOSI 輸入 模塊SPI數(shù)據(jù)輸入引腳 7 MISO 輸出 模塊SPI數(shù)據(jù)輸出引腳 8 IRQ 輸出 模塊中斷信號(hào)輸出，低電平有效 E01-ML01DP3 模塊的參數(shù) 序號(hào) 參數(shù)名稱 參數(shù)數(shù)值 備注 1 模塊尺寸 15*27mm 不含SMA天線座 2 接口方式 2.54*2*4 可使用2.54標(biāo)準(zhǔn)杜邦線，可用于萬(wàn)能板 3 供電電壓 2.0-3.6V 注意：高于3.6V電壓，將導(dǎo)致模塊永久損毀 4 通信電平 0.7VDD-5V VDD指模塊供電電壓 5 實(shí)測(cè)距離 1157m 條件：市區(qū)，空曠，30℃，可視，陰天，250K 6 最大功率 20dBm 約合100mW 7 空中速率 250K，1M，2M 三種速率可以軟件調(diào)節(jié) 8 關(guān)斷電流 1uA nRF24L01P設(shè)置為掉電，CE低電平 9 功率等級(jí) 4級(jí)可調(diào) PA芯片功率不可調(diào) 10 發(fā)射電流 95mA 峰值 11 接受電流 20mA CE=1 12 天線接口 SMA 外螺內(nèi)孔型 13 天線要求 SMA 內(nèi)螺內(nèi)針，2.4G頻段，50歐姆阻抗 14 通信接口 SPI 最高速率10Mbps 15 發(fā)射長(zhǎng)度 32字節(jié) 單個(gè)數(shù)據(jù)包32字節(jié)最大，3級(jí)FIFO 16 接收長(zhǎng)度 32字節(jié) 單個(gè)數(shù)據(jù)包32字節(jié)最大，3級(jí)FIFO 17 RSSI支持 不支持 僅支持簡(jiǎn)單的丟包統(tǒng)計(jì) 18 工作溫度 -30~85℃ 無(wú) 19 工作濕度 <90%相對(duì)濕度 無(wú) 20 儲(chǔ)存溫度 -40~+120℃ 無(wú) 21 工作頻段 2.4G 2.400~2.525可調(diào)，1MHz步進(jìn) SPI是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。SPI接口由MOSI（串行數(shù)據(jù)輸入），MISO（串行數(shù)據(jù)輸出），SCK(串行移位時(shí)鐘)，CS（從使能信號(hào)）四種信號(hào)構(gòu)成，CS決定了唯一的與主設(shè)備通信的從設(shè)備，如果沒有CS信號(hào)，則只能存在一個(gè)從設(shè)備，主設(shè)備通過產(chǎn)生移位時(shí)鐘來發(fā)起通訊。通訊時(shí)，數(shù)據(jù)由MISO輸出，MOSI輸入，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升或下降沿由MISO輸出，在緊接著的下降或上升沿由MOSI讀入，這樣經(jīng)過8/16次時(shí)鐘改變，完成8/16位數(shù)據(jù)的傳輸。 3.實(shí)物介紹 實(shí)物操作細(xì)節(jié)如下所示： 第一步： 上電：首先給遙控器上電，等待遙控器LED信號(hào)燈閃爍之后再給飛行器上電。第一步必須這樣做，這樣做是為防止飛行器先上電之后接收到無(wú)線信號(hào)不準(zhǔn)確從而導(dǎo)致飛行器出現(xiàn)不確定的飛行情況。 解鎖：遙控器的左手油門拉到最低，就解鎖了，解鎖成功后，飛機(jī)上的電源指示燈旁邊的一個(gè)黃色指示燈，遙控接收配對(duì)燈，會(huì)亮，表示遙控器解鎖成功。否側(cè)，解鎖失?。“蔚暨b控器電源，黃色無(wú)線指示燈會(huì)熄滅。 第二步： 打開飛機(jī)電源后，要等待20秒，才開始推動(dòng)飛機(jī)的油門，先是慢慢推動(dòng)飛機(jī)的油門，等待飛機(jī)的葉子轉(zhuǎn)速都均勻，快要離開地面的時(shí)候，才突然加大油門。 注意：上電順序不能弄反，操作需緩慢進(jìn)行，飛行器別在狹小的空間飛行。 實(shí)物圖如圖3.5所示 圖3.5 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （一）Keil MDK5.12簡(jiǎn)介 1．Keil MDK概述 Keil MDK，也稱MDK-ARM，Realview MDK、I-MDK、uVision4等。目前Keil MDK 由三家國(guó)內(nèi)代理商提供技術(shù)支持和相關(guān)服務(wù)。 MDK-ARM軟件為基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9處理器設(shè)備提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境。 MDK-ARM專為微控制器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，不僅易學(xué)易用，而且功能強(qiáng)大，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應(yīng)用。 MDK-ARM有四個(gè)可用版本，分別是MDK-Lite、MDK-Basic、MDK-Standard、MDK-Professional。所有版本均提供一個(gè)完善的C / C++開發(fā)環(huán)境，其中MDK-Professional還包含大量的中間庫(kù)。 2. Keil MDK功能特點(diǎn) 完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。 行業(yè)領(lǐng)先的ARM C/C++編譯工具鏈 確定的Keil RTX ，小封裝實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（帶源碼） μVision4 IDE集成開發(fā)環(huán)境，調(diào)試器和仿真環(huán)境 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)套件提供多種的協(xié)議和各種應(yīng)用 提供帶標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)類的USB設(shè)備和USB主機(jī)棧 為帶圖形用戶接口的嵌入式系統(tǒng)提供了完善的GUI庫(kù)支持 ULINKpro可實(shí)時(shí)分析運(yùn)行中的應(yīng)用程序，且能記錄Cortex-M指令的每一次執(zhí)行 關(guān)于程序運(yùn)行的完整代碼覆蓋率信息 執(zhí)行分析工具和性能分析器可使程序得到最優(yōu)化 大量的項(xiàng)目例程幫助你快速熟悉MDK-ARM強(qiáng)大的內(nèi)置特征 符合CMSIS (Cortex微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn)) （二）軟件設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括遙控器程序設(shè)計(jì)以及飛行器程序設(shè)計(jì)。遙控器的主要作用就是采集操控信息發(fā)送給飛行器，飛行器部分主要是接收無(wú)線數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理。遙控器的主要設(shè)計(jì)流程圖如圖4.1所示。 NRF24L01初始化 NRF24L01初始化 遙控器上電 GPIO初始化 ADC初始化 LED燈初始化 NRF24L01初始化  設(shè)置無(wú)線發(fā)送模式 LED指示燈循環(huán)閃爍 NRF24L01發(fā)送數(shù)據(jù) 采集ADC電壓以及按鍵狀態(tài)并打包數(shù)據(jù) 圖4.1 在遙控器程序設(shè)計(jì)中，采取循環(huán)采集ADC電壓并無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)。ADC電壓取值范圍為0~2.5V，分辨率是100，采集到的數(shù)據(jù)即為0~250，并把采集到的電壓值存入無(wú)線傳輸緩存Buf數(shù)組里面。Buf數(shù)組定義為8位數(shù)據(jù)類型，設(shè)置了8位長(zhǎng)度，Buf[0]里面存入幀頭，Buf[1]里面存放油門，Buf[2]存放左邊搖桿數(shù)據(jù)，Buf[3]里存放前后方向數(shù)據(jù)，Buf[4]存入左右方向數(shù)據(jù)，剩余部分存入按鍵狀態(tài)信息。NRF24L01直接將讀取到的8位數(shù)據(jù)發(fā)送到飛行器端，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，最辛苦也是最有意義的地方就是找出問題的所在，并通過查閱相關(guān)資料，尋找解決方案并最終解決問題，這個(gè)過程雖然比較繁瑣，但是對(duì)于我們的學(xué)習(xí)卻極有意義。四年的大學(xué)課程學(xué)習(xí)，以及兩年的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)以及嵌入式方面的知識(shí)，這也是我們電氣工程專業(yè)所學(xué)的比較重要的內(nèi)容，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使得我對(duì)這方面的知識(shí)得到了提高。 想要很好的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，總體的設(shè)計(jì)思路一定要清晰。從主控芯片的選擇到模塊的選擇方案，都需要經(jīng)過深思熟慮。我的思路還算比較清晰，首先要有遙控器作為控制端，采集控制信息通過無(wú)線模塊傳輸?shù)斤w行器端，飛行器端通過無(wú)線接收模塊接收到的信息從而做出相應(yīng)的反應(yīng)。 經(jīng)過查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)選用基于ARM Cortex-3為內(nèi)核的STM32F103作為控制芯片，采用NRF24L01作為通信模塊，電源部分采用3.7V充電鋰電池作為系統(tǒng)提供電源。 這段時(shí)間里，在老是以及同學(xué)的幫助下，還有自己的不斷學(xué)習(xí)和探索下，一步一步的完成了設(shè)計(jì)的要求，這個(gè)過程非常的有意義以及值得回味。通過和老師同學(xué)的交流，不僅豐富了自己的知識(shí)面，開拓了自己的思路，同時(shí)還可以拉近與老師同學(xué)之間的關(guān)系。通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我掌握了很多書本上沒有的指示，但同時(shí)又可以把書上的內(nèi)容運(yùn)用到實(shí)踐中來，學(xué)以致用。 總之，通過本次設(shè)計(jì)，我了解了關(guān)于我所設(shè)計(jì)課題的相關(guān)內(nèi)容，加深了對(duì)本專業(yè)的理解，鞏固了大學(xué)四年所學(xué)到的知識(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)過程，同時(shí)也是對(duì)我們大學(xué)四年鎖學(xué)知識(shí)的一次總體考核。 致 謝 歷時(shí)兩個(gè)月的時(shí)間完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從開題報(bào)告到硬件電路的設(shè)計(jì)再到程序設(shè)計(jì)最后撰寫這篇論文，在這么長(zhǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了很多困難，為此我的指導(dǎo)老師孫躍老師始終給予了我細(xì)心的知道和不懈的支持。孫老師為人隨和、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心，即使不是上班時(shí)間也不厭其煩的幫助我進(jìn)行論文的修改，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓思路，從開始的方案選擇到最后的調(diào)試都是如此的幫助我。孫老是深厚的理論功底、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及誨人不倦的高尚師德對(duì)我能夠完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了至關(guān)重要的作用，在此，向?qū)O躍老師致以崇高的敬意以及由衷的感謝。 同時(shí)還要感謝我的同學(xué)，在實(shí)物制作以及論文撰寫過程中給予了我很多有價(jià)值的意見，同學(xué)之間的互相討論，解決了很多個(gè)人難以解決的問題。 本論文的完成對(duì)我而言并不是重點(diǎn)，文中的不足和淺顯之處則是我新的征程上的新的起點(diǎn)。同時(shí)我在本論文的寫作過程中引用了很多學(xué)者的文獻(xiàn)，如果沒有這些前輩的研究成果，我將很難完成這篇論文的撰寫，在此由衷的感謝這些文獻(xiàn)的作者。 學(xué)業(yè)即將完成，我將帶著家人、老師、同學(xué)以及朋友的鼓勵(lì)和期望，邁向人生嶄新的臺(tái)階。 參考文獻(xiàn) [1] 馮旭光 四旋翼無(wú)人機(jī)自主控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[學(xué)位論文]碩士 2014 [2] 陳海濱,殳國(guó)華.四旋翼飛行器的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研宄與探索.2013,32(3) :41-44. 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typedef uint16_t u16; typedef uint8_t u8; #define AmericaMode 1 //左手油門。 u32 Mytest=0; //獲取AD轉(zhuǎn)換平均值。 u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times) { u32 temp_val=0; u8 t; for(t=0;t=2000)?2000:Throttle; Pitch= 1000+((1000*(float)(Get_Adc_Average(3,15))/256)-Pitch_Calibra); Pitch=(Pitch<=1000)?1000:Pitch; Pitch=(Pitch>=2000)?2000:Pitch; Roll= 1000+((1000*(float)(Get_Adc_Average(2,15))/256)-Roll_Calibra); Roll=(Roll<=1000)?1000:Roll; Roll=(Roll>=2000)?2000:Roll; Yaw= 1000+((1000*(float)(Get_Adc_Average(0,15))/256)-Yaw_Calibra); Yaw=(Yaw<=1000)?1000:Yaw; Yaw=(Yaw>=2000)?2000:Yaw; #else /*右手油門*/ Throttle=1500 - (Throttle_Calibra - (1000 + (1000*Get_Adc_Average(1,15))/4096)); Throttle=(Throttle<=1000)?1000:Throttle; Throttle=(Throttle>=2000)?2000:Throttle; Pitch= 1500 - (Pitch_Calibra-(1000 + (1000 - (1000*Get_Adc_Average(3,15))/4096))); Pitch=(Pitch<=1000)?1000:Pitch; Pitch=(Pitch>=2000)?2000:Pitch; Roll= 1500 - (Roll_Calibra - (1000 + (1000*Get_Adc_Average(0,15))/4096)); Roll=(Roll<=1000)?1000:Roll; Roll=(Roll>=2000)?2000:Roll; Yaw= 1500 - (Yaw_Calibra - (1000 + (1000*Get_Adc_Average(2,15))/4096)); Yaw=(Yaw<=1000)?1000:Yaw; Yaw=(Yaw>=2000)?2000:Yaw; #endif } //校準(zhǔn)搖桿。 void controlClibra(void) { static u8 i; uint16_t sum[4]={0,0,0,0}; // static unsigned char lednum=1; static unsigned char clibrasumNum = 20; for(i=0;i>8)); } //發(fā)送遙控器數(shù)據(jù)。 void CommUAVUpload(uint8_t cmd) { sendCnt=0; uart8chk($); uart8chk(M); uart8chk(<); checksum = 0; switch(cmd) { case MSP_SET_4CON: uart8chk(8); //data payload len uart8chk(cmd); uart16chk(Throttle); uart16chk(Yaw); uart16chk(Pitch); uart16chk(Roll); break; case MSP_ARM_IT: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_DISARM_IT: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_HOLD_ALT: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_STOP_HOLD_ALT: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_HEAD_FREE: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_STOP_HEAD_FREE: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_AUTO_LAND_DISARM: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; case MSP_ACC_CALI: uart8chk(0); uart8chk(cmd); break; } uart8chk(checksum); nRF24L01_TxPacket(sendBuf); //NRF24L01_TxPacket2(sendBuf); } #endif //獲取AD采樣數(shù)據(jù) void AD() _task_ 0 { IO_and_Init(); //初始化I/O口 os_create_task (1); //啟動(dòng)進(jìn)程1 while(1) { cy=getADCResult(1); //油門 //讀取4個(gè)搖桿通道每個(gè)通道的8位數(shù)據(jù)，取值范圍0-255 Delay(10); cx=getADCResult(0); //YAW Delay(10); dy=getADCResult(3); //Pitch Delay(10); dx=getADCResult(2); //Roll Delay(10); battery=(getADCResult(4)*5.05*100)/256; //電池電壓檢測(cè)通道 低于3.7V亮紅燈 Delay(10); if(battery<=370) { RLED=1; GLED=0; } else { RLED=0; GLED=1; } os_wait(K_IVL,3,0);//延時(shí)3個(gè)節(jié)拍 } } // void NRF24L01() _task_ 1 { while(1) { TxBuf[0]++; TxBuf[1]=128; TxBuf[2]=128; TxBuf[3]=128; if(cy<20) { goto EXIT; } //當(dāng)油門拉至最低時(shí)遙控器解鎖 if(RKEY==0) { TxBuf[5]=1; } else { TxBuf[5]=0; } if(LKEY==0) { TxBuf[6]=1; } else { TxBuf[6]=0; } //nRF24L01_TxPacket(TxBuf);//發(fā)送TxBuf數(shù)組的數(shù)據(jù) os_wait(K_IVL,2,0); //給一定延時(shí)讓數(shù)據(jù)發(fā)送完成 } EXIT: //遙控器解鎖。 while(1) { if((dy-by)>=255) { TxBuf[1]=255; } //用上電記錄的數(shù)據(jù)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，保證搖桿中位時(shí)數(shù)據(jù)為128 else if((dy-by)<=0) { TxBuf[1]=0; } else { TxBuf[1]=dy-by;//getADCResult(0)-128 } if((dx-bx)>=255) { TxBuf[2]=255; } else if((dx-bx)<=0) { TxBuf[2]=0; } else { TxBuf[2]=dx-bx; } if((cx-ax)>=255) { TxBuf[3]=255; } else if((cx-ax)<=0) { TxBuf[3]=0; } else { TxBuf[3]=cx-ax; } //油門：TxBuf[4] //Yaw ：TxBuf[3] //俯仰：TxBuf[1] //橫滾：TxBuf[2] TxBuf[4]=cy; //油門通道不需處理，直接發(fā)送AD檢測(cè)的8位數(shù)據(jù)即可，根據(jù)AD采樣原理易知讀取的AD采樣數(shù)據(jù)不可能為負(fù)也不可能大于255 if(RKEY==0) { TxBuf[5]=1; } else { TxBuf[5]=0; } if(LKEY==0) { TxBuf[6]=1; } else { TxBuf[6]=0; } TxBuf[0]++; LoadRCdata();//獲取搖桿數(shù)據(jù)。 CommUAVUpload(MSP_SET_4CON); //nRF24L01_TxPacket(TxBuf);//發(fā)射數(shù)據(jù) os_wait(K_IVL,2,0); //給一定延時(shí)讓數(shù)據(jù)發(fā)送完成 } } //IO初始化。 void IO_and_Init() { P1M0=0x00; //P1設(shè)為高阻模式 P1M1=0xFF; P0M0=0XFF; //其他I/O口設(shè)置為準(zhǔn)雙向，弱上拉模式 P0M1=0X00; P2M0=0X00; P2M1=0X00; P3M0=0X00; P3M1=0X00; P4M0=0X00; P4M1=0X00; P5M0=0Xff; P5M1=0X00; LKEY=1; //拉高按鍵檢測(cè)I/O口電平，按鍵為低電平觸發(fā) RKEY=1; init_NRF24L01(); //初始化無(wú)線模塊 adc_init(); //初始化AD檢測(cè)模塊 ax=(getADCResult(0)); temp1=((float)ax/256)*1000-500; Roll_Calibra=temp1;//ax*1000-500; //記錄上電時(shí)搖桿的數(shù)據(jù)作為中位修正，因?yàn)閾u桿中位要為128即256/2 Delay(10); by=getADCResult(3); temp1=((float)by/256)*1000-500; //