diy四軸飛行器】

1、DIY 四軸飛行器,,【概述】：,diy小四軸需要準備什么零件？720空心杯電機(4個)螺旋槳(4個，需2個正槳、2個反槳)電池(3.7V航模動力電池2塊)遙控器(非必選，可用APP代替)航模充電電池充電器電子元器件PCB設計與打樣芯片(包括飛控及其其他附屬芯片)機架(非必選)藍牙或者射頻模塊,區(qū)分正槳和反槳用槳葉迎風面區(qū)分正反槳：螺旋槳橫著放，槳葉有字的一面向上，右邊槳葉的迎風面在后面的是正槳，右邊槳葉的迎風面在

2、前面的是反槳。,航模電池,預計成本,720空心板電機(15*4)+20C 3.7V 鋰電池(15)+ 小的電子元器件(50)+PCB電路板打樣(100)+NRF模塊(或者藍牙模塊20)+遙控器(看情況而定)大概成本在240左右(不加遙控器),2.四軸飛行基本原理,四旋翼飛行器結構示意圖,工作原理 四旋翼飛行器通過調(diào)節(jié)四個電機轉速來改變旋翼轉速，實現(xiàn)升力的變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。四旋翼飛行器是一種六自由度的垂

3、直升降機，但只有四個輸入力，同時卻有六個狀態(tài)輸出，分別為垂直、俯仰、翻滾、偏航、前后、側向運動。,基本概念：通道日本手、美國手正槳、反槳電子調(diào)速器(電調(diào))電池2s常用飛控、飛控解鎖陀螺儀電機kv值,板子外形PCB設計,電路原理圖設計,電源模塊原理圖,MOS管驅動電機,LED燈電路,【MOS管如何驅動720空心板電機】,電氣參數(shù): 電壓：3.7V 轉速：45000轉/分鐘 軸徑：1mm,點亮LED閃爍LED

4、啟發(fā)：可以類比如上LED，如何驅動電機呢？,如下示意圖：,四軸飛行器采用MOS管進行驅動電機(電子開關)PWM 實際的電路圖如右圖所示：R8的作用是匹配兩端電壓，R12就是為mos管的門的開關建立一個工作電壓，而二極管的作用就是泄放電機在電流通斷的過程中產(chǎn)生的電動勢。,【軟件進階】,STM32環(huán)境搭建與入門1.環(huán)境搭建(STM32庫搭建工程)2.STM32簡單入門(GPIO點亮LED燈或呼吸燈、USART常用方法、系統(tǒng)常用定時器

5、( 輸出PWM)、ADC的使用)3.中斷(中斷優(yōu)先級的設置方式、配置中斷優(yōu)先級的原則、中斷方式和輪訓方式的區(qū)別、用中斷方式檢測按鍵事件以及軟件消抖),I2C專題1.I2C通訊原理(I2C通訊時序、I2C主從機協(xié)調(diào)、I2C通訊常用問題)2.軟件模擬I2C(軟件配置IO口實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程)3.STM32硬件I2C接口的配置和使用(硬件I2C的配置過程)SPI接口與NRF模塊的使用(遙控器通訊)1.SPI硬件接口(SPI通訊原理

6、、配置過程、數(shù)據(jù))2.NRF模塊(配置過程、主從機數(shù)據(jù)通訊機制分析、NRF常見通訊失敗經(jīng)驗問題),如何獲取四軸飛行器的姿態(tài)角？1.MPU常見問題(硬件原理、如何用I2C與STM32進行數(shù)據(jù)通訊、如何檢測MPU6050是否焊接成功、獲取的原始數(shù)據(jù)的意義及轉換關系)2.數(shù)據(jù)濾波與數(shù)據(jù)融合算法(獲取姿態(tài)角)或者直接移植dmp庫進行姿態(tài)結算,PID控制算法專題1.PID算法分析(開環(huán)控制以及閉環(huán)控制分析～平衡否、抗干擾性)2.PID算

7、法原理分析(PID算法數(shù)學推導、PID各部分作用以及對系統(tǒng)的影響、根據(jù)具體的系統(tǒng)選取相應最優(yōu)的算法)3.四軸系統(tǒng)PID算法分析(四軸系統(tǒng)分析、四軸單環(huán)PID算法分析、四軸串級PID算法分析)4.調(diào)參,調(diào)參(上位機),,測試飛行,,【姿態(tài)的獲取】,分清幾個角：pitch、row、yaw何為角度增大、角度減小,法1：直接用DMP獲取四元數(shù)和歐拉角法2：歐拉角微分法(物理意義比較明確，計算量大) mpu6050內(nèi)部結構坐標系的旋轉

8、以及歐拉角描述平面旋轉設坐標系繞旋轉α角后得到坐標系，在空間中有一個矢量在坐標系中的投影為，在內(nèi)的投影為由于旋轉繞進行，所以Z坐標未變，即有：,轉換成矩陣形式(單軸)：,三維空間情況如下：由該旋轉矩陣通過公式推導可得歐拉角微分方程：,法3：用四元數(shù)解算姿態(tài)四元數(shù)定義：構造四元數(shù)：其中α是繞旋轉軸旋轉的角度，三個β角余弦值為旋轉軸在x,y,z方向的分量（由此確定了旋轉軸）。,剛才用歐拉角描述的方向余弦矩陣(旋轉

9、矩陣)用四元數(shù)描述則為：經(jīng)由公式推導可知四元數(shù)轉歐拉角：ANGLE.Yaw = atan2(2 * q1 * q2 + 2 * q0 * q3, -2 * q2*q2 - 2 * q3* q3 + 1)* 57.3; // yaw ANGLE.Y= asin(-2 * q1 * q3 + 2 * q0* q2)* 57.3; // pitch ANGLE.X= atan2(2 * q2 * q3 + 2

10、 * q0 * q1, -2 * q1 * q1 - 2 * q2* q2 + 1)* 57.3; // roll,1.重力加速度歸一化：加速度計數(shù)據(jù)歸一化，把加速度計的三維向量轉換為單位向量， 因為是單位矢量到參考性的投影，所以要把加速度計數(shù)據(jù)單位化，其實歸一化改變的只是這三個向量的長度，也就是只改變了相同的倍數(shù)，方向并沒有改變，也是為了與單位四元數(shù)對應。2.提取四元數(shù)的等效余弦矩陣中的重力分量：將當前姿態(tài)的重力在三個軸上的分