2015全国大学生电子设计大赛作品报告材料

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1、实用文档2015年全国大学生电子设计竞赛多旋翼自主飞行器（c题）2015年8月15日文案大全实用文档摘要旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。飞行器能一键式启动，并开始航

2、拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。文案大全实用文档目录目录1.方案论证与比较41.1四旋翼算法方案41.2STM32控制方案51.3CMOS视频模块方案51.4四旋翼飞行器结构与原理理论52理论分析与计算62.1四旋翼飞控算法误析62.2PID算法误差分析73.测试方案83.1测试仪器83.2测试环境84.测试结果84.1.基本要求测试数据84.2.综合性能分析结论84.3心得体会：9参考文献9附录一、总体电路原理图9附录二、主要

3、软件程序10文案大全实用文档1.方案论证与比较1.1四旋翼算法方案方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g时，由加计算出的值比较准确。使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角。载体坐标系下的加速度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN,ayN,azN)之间的关系可表示为(1)。其中c和s分别代表cos和sin。axB,ayB,azB就是mpu读出来的三个值。这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。(1)飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速

4、度等于重力加速度，即（2）把（2）代入（1）可以解:（3）（4）即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。方案二：四元数法（通过处理单位采样时间内的角增量(mpu的陀螺仪得到的就是角增量)，为了避免噪声的微分放大，应该直接用角增量-------抄的书）本项目采用的是方案一。文案大全实用文档1.2STM32控制方案方案一：直接激活飞控模块（RL78/G13MCU），可以很好的与飞控进行协调，实现飞控模块的启动与停止。方案二：使用STM32直接控制飞行器飞行。在植入的程序里包含对四旋翼的控

5、制算法和自启动和自停止，还有视频模块的处理，但太过复杂。本项目组结合本题相关要求。对模块之间的协调和信号的传输进行处理，决定采用项目一。1.3CMOS视频模块方案通过图像传感器对实时图像的采集，得到道路的信息，对当前采集到的图像信息做出判断，从而得到道路的情况，之后通过进一步控制实现循迹功能。本例程利用OV7620CMOS摄像头模块成像1米外路径图像（白底一条黑线），将一帧数据转换成“0”“1”镜像到MCURL78/G13的RAM中。如图1.1图像二值化存储示例。图1.11.3总体方案描述：如图1.3图1.31.4四旋翼飞行器结构与原理理论1.

6、4.1飞行器结构文案大全实用文档旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图1.1所示。1.4.2.工作原理四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。图1.4飞行器的结构形式2理论分析与计算2.1四旋翼飞控算法误析vx=2*(q1q3-q0q2);//

7、四元素中xyz的vy=2*(q0q1+q2q3);vz=q0q0-q1q1-q2q2+q3q3;//errorissumofcrossproductbetweenreferencedirectionoffieldsanddirectionmeasuredbysensorsex=(ay*vz-az*vy);//向量外积在相减得到差分就是误差ey=(az*vx-ax*vz);ez=(ax*vy-ay*vx);exInt=exInt+ex*Ki;//对误差进行积分文案大全实用文档eyInt=eyInt+ey*Ki;ezInt=ezInt+ez*Ki;

8、//adjustedgyroscopemeasurementsgx=gx+Kp*ex+exInt;//将误差PI后补偿到陀螺仪，即补偿零点漂移gy=g