一種新型的四旋翼飛行器設計

孫李生 趙家浩 陳駿耀 林鐸 陳芬生

（佛山科學技術學院，廣東 佛山 528000）

一、引言

如今，市場上的大多數(shù)無人機都可以進行WIFI連接，手機端控制和圖像傳輸，但唯獨在視覺追蹤方面并不多見，而且造價高昂。對此，本項目研究了一種簡單易用、形狀小巧和價格相對低廉的無人機。

二、整體系統(tǒng)框架

該項目研究的是基于STM32F4為主控板的四旋翼無人機，其中采用STM32FX系列，Cortex-M4架構作為飛行器的主控板，同時采用STM32F1的控制芯片作為移動端遙控器的主控芯片，實現(xiàn)獨立飛行，圖像傳輸和視覺追蹤等多項功能。

該項目主要以STM32系列的芯片為處理器，搭載無線通信模塊（包含WIFI模塊）、openmv攝像頭、電機驅動模塊、陀螺儀、加速度計、磁力計、氣壓計等組成無人機的飛控板。飛控板采集各路傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過姿態(tài)解算出姿態(tài)，然后對比移動控制端發(fā)過來的控制命令數(shù)據(jù)，在經(jīng)過PID計算出控制量，最后將控制量轉換為PWM信號，再分別控制各個電機。

（一）系統(tǒng)的硬件模塊介紹

該無人機主控MCU其內(nèi)核為Cortex-M4，集成了FPU和DSP指令，并具有18KB SRAM、512KB FLASH、3個16位定時器、2個32位定位器、2個DMA控制器、5個SPI、3個IIC、16通道12位ADC、1個RTC和SDIO及多個通用IO口。主控的MCU為無人機的大腦，對無人機的穩(wěn)定飛行起著關鍵性的作用，它同時擔負著多重責任，包括：傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)融合、PID控制、電機、無線和USB通信和圖像傳輸?shù)热蝿铡?/p>

無人機上的主要模塊及傳感器

九軸傳感器MPU9250 該芯片內(nèi)部集成了3周加速度傳感器、3周陀螺儀傳感器和3軸磁力計，自帶DMP并支持MPL，主要用于測量無人機的姿態(tài)數(shù)據(jù)；使用模擬的IIC通信方式。

氣壓傳感器BMP280 該傳感器同時支持溫度和氣壓測量，溫度分辨率高達0.01攝氏度,氣壓相對精度為0.12hpa,功耗低至2.7μΑ，與無人機的主控MCU使用模擬的IIC通信方式。

視覺處理模塊采用的是Openmv攝像頭，造型小巧低功耗易開發(fā)，已足夠完成機器視覺應用。

（二）系統(tǒng)的軟件流程設計

當通上電源，系統(tǒng)初始化后可通過無線通信方式開啟飛行器。當然，可以通過飛行器上的獨立按鍵去打開，實現(xiàn)飛行器的一鍵起飛定高。程序初始化為定高50cm，當飛行器達到當前地面的50cm的高度便會懸停在空中，等待進行下一步的命令，通過移動端打開無人家上的openmv，選定追蹤目標后，無人機進入自主模式。

三、結語

本文研究了一種新型的四旋翼飛行器設計，通過攝像頭標記物體，不斷反饋目標物體的坐標與飛行器之間的坐標差距，實時采集分析飛控板上的各個硬件模塊數(shù)據(jù)，結合PID調節(jié)，實現(xiàn)一鍵起飛定高，達到自主追蹤物體的目的。