摘 要：介紹了一種攝像四翼飛行器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(shù)及微機控制技術(shù)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(guān)注和較快的發(fā)展。具有攝像功能的微型四軸飛行器在當(dāng)今社會擁有很廣的應(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)及原理

本文介紹的攝像四翼飛行器，主要是由電機、電子調(diào)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(dān)了通信，控制，傳感器數(shù)據(jù)讀取等等功能。相當(dāng)于飛行器的指揮中心，是飛行器不可分離的一部分。電子調(diào)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(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮。钥刂齐姍C的轉(zhuǎn)動、停止以及轉(zhuǎn)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(jīng)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(jīng)過PID計算出控制量，最后將控制量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)帶動漿葉產(chǎn)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(zhuǎn)、逆時針旋轉(zhuǎn)。其中，槳葉旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生自旋力，使飛行器產(chǎn)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(zhuǎn)方向。順時針旋轉(zhuǎn)稱為正槳，逆時針旋轉(zhuǎn)稱為反槳。

攝像四翼飛行器結(jié)構(gòu)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(shè)置，包括各個模塊時鐘、控制參數(shù)等。然后按具體的任務(wù)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(yīng)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(dāng)自由落體時值接近-1，故standard值設(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)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(shè)計[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]劉 杰.四軸飛行器研究與設(shè)計[D].南京郵電大學(xué)，2013.

[3]楊明志，王 敏.四旋翼微型飛行器控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計與制作[J].電子技術(shù)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(shè)計[D].安徽理工大學(xué)，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(shù)。