攝像四翼飛行器

摘 要：介紹了一種攝像四翼飛行器的結構和原理，主控采用STM32F411CEU6芯片，陀螺儀作為姿態(tài)傳感器，實時反映飛行器的姿態(tài)情況，通過遙控器控制完成多種飛行控制要求。具有靈活性、結構簡單、穩(wěn)定性高等特點，ATK-WIFI作為攝像模塊可以用于航拍中使用。

關鍵詞：四翼飛行器；攝像；STM32F411

中圖分類號：V249 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0313-01

引 言

隨著現(xiàn)代計算機技術及微機控制技術理論的發(fā)展，穩(wěn)定的微型四旋翼飛行器也得到了廣泛的關注和較快的發(fā)展。具有攝像功能的微型四軸飛行器在當今社會擁有很廣的應用領域，比如軍事偵查探測、數(shù)據(jù)采集、通信增強節(jié)點等[1]。

1 攝像四翼飛行器的結構及原理

本文介紹的攝像四翼飛行器，主要是由電機、電子調速器、電池、槳葉、機架、飛行控制、攝像模塊組成。

主控采用STM32F411CEU6，該芯片功能強大，承擔了通信，控制，傳感器數(shù)據(jù)讀取等等功能。相當于飛行器的指揮中心，是飛行器不可分離的一部分。電子調速器也是十分重要的一部分，其作用是將飛控板的控制信號，轉變?yōu)殡娏鞯拇笮。钥刂齐姍C的轉動、停止以及轉速電路。飛控即飛行控制器，它是四翼飛行器的核心部件。主要由MCU、陀螺儀、加速度計、磁力計、氣壓計、無線接收模塊等組成[2]。飛控采集各路傳感器數(shù)據(jù)，經過姿態(tài)解算求出姿態(tài)，然后對比遙控器發(fā)出的控制命令數(shù)據(jù)，再經過PID計算出控制量，最后將控制量轉換成PWM信號，分別控制各個電機。

四翼飛行器基本原理是通過飛控控制四個電機旋轉帶動漿葉產生不同的升力來實現(xiàn)飛行器的姿態(tài)和位置變換[3]。四軸在空中可以實現(xiàn)八種運動，分別為垂直上升、垂直下降、向前運動、向后運動、向左運動、向后運動、順時針旋轉、逆時針旋轉。其中，槳葉旋轉時會產生自旋力，使飛行器產生自旋而無法穩(wěn)定飛行。故采用正反槳，即對角上兩槳采用相同旋轉方向。順時針旋轉稱為正槳，逆時針旋轉稱為反槳。

攝像四翼飛行器結構框圖如圖1所示。

2 攝像四翼飛行器控制系統(tǒng)的軟件

攝像四翼飛行器的程序首先是對各模塊進行初始化設置，包括各個模塊時鐘、控制參數(shù)等。然后按具體的任務方案控制穩(wěn)定飛行，從而實現(xiàn)基本的起飛降落功能[4]。根據(jù)實際應用的需求，飛行過程中可能發(fā)生某些故障，故添加了飛行狀態(tài)判定，從而掌握飛行器的飛行狀態(tài)。下面簡要分析判斷飛行器下落狀態(tài)的實現(xiàn)方法：

staticbooldetecWrong（floataZ，floataMAG）

{

staticu16cnt；

staticboolstatus；

if（fabs（aMAG）>standard）//判斷自由落體為否

{

cnt=0；

return1；

}

if（fabs（aZ+1）

{

if（cnt

cnt++；

}

else

{

cnt=0；

status=1；

}

if（cnt>=count）

{

status=true；

}

returnstatus；

}

其實現(xiàn)的是對于自由落體的檢測。其中aMAG是根據(jù)3軸加速度計算得到的重力加速度值，在四軸靜止時，其值為1.0左右，自由落體時接近0。aZ是互補濾波計算得到的去除重力加速度后的Z軸加速度，在飛行器靜止時這個值接近于0，當自由落體時值接近-1，故standard值設為0。count為計數(shù)閾值，若判斷多次后都是檢測到自由落體，則確定此時飛行器的飛行狀態(tài)是自由落體運動，出現(xiàn)了某種故障。

3 結論與改進

本文介紹了四軸飛行器的研究現(xiàn)狀，且就攝像四翼飛行器的結構原理以及部分軟件控制系統(tǒng)進行了簡要分析。四翼飛行器具有其特殊的結構和得天獨厚的優(yōu)勢，它便于控制，飛行難度不大，穩(wěn)定性更強[5]。所以其使用范圍更加廣闊，故還有后續(xù)拓展功能及系統(tǒng)優(yōu)化有待開發(fā)。

基金項目：天津市級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目（201710066068）。

參考文獻

[1]陳振興.基于STM32的微型四軸飛行器研究與設計[D].河北工業(yè)大學，2014.

[2]劉 杰.四軸飛行器研究與設計[D].南京郵電大學，2013.

[3]楊明志，王 敏.四旋翼微型飛行器控制系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2008（04）：485～487+490.

[4]陳花衛(wèi)，王雪鋒.炫舞四翼飛行器控制系統(tǒng)的設計與制作[J].電子技術與軟件工程，2017（22）：100.

[5]蔡朋成.基于STM32的四軸飛行器控制系統(tǒng)的研究與設計[D].安徽理工大學，2017.

收稿日期：2018-10-8

作者簡介：彭 文（1997-），男，漢族，四川南充人，本科，研究方向為電子技術。