孫李生 趙家浩 陳駿耀 林鐸 陳芬生

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

一、引言

如今，市場(chǎng)上的大多數(shù)無(wú)人機(jī)都可以進(jìn)行WIFI連接，手機(jī)端控制和圖像傳輸，但唯獨(dú)在視覺(jué)追蹤方面并不多見(jiàn)，而且造價(jià)高昂。對(duì)此，本項(xiàng)目研究了一種簡(jiǎn)單易用、形狀小巧和價(jià)格相對(duì)低廉的無(wú)人機(jī)。

二、整體系統(tǒng)框架

該項(xiàng)目研究的是基于STM32F4為主控板的四旋翼無(wú)人機(jī)，其中采用STM32FX系列，Cortex-M4架構(gòu)作為飛行器的主控板，同時(shí)采用STM32F1的控制芯片作為移動(dòng)端遙控器的主控芯片，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立飛行，圖像傳輸和視覺(jué)追蹤等多項(xiàng)功能。

該項(xiàng)目主要以STM32系列的芯片為處理器，搭載無(wú)線通信模塊（包含WIFI模塊）、openmv攝像頭、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、陀螺儀、加速度計(jì)、磁力計(jì)、氣壓計(jì)等組成無(wú)人機(jī)的飛控板。飛控板采集各路傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)姿態(tài)解算出姿態(tài)，然后對(duì)比移動(dòng)控制端發(fā)過(guò)來(lái)的控制命令數(shù)據(jù)，在經(jīng)過(guò)PID計(jì)算出控制量，最后將控制量轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)，再分別控制各個(gè)電機(jī)。

（一）系統(tǒng)的硬件模塊介紹

該無(wú)人機(jī)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(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)32位定位器、2個(gè)DMA控制器、5個(gè)SPI、3個(gè)IIC、16通道12位ADC、1個(gè)RTC和SDIO及多個(gè)通用IO口。主控的MCU為無(wú)人機(jī)的大腦，對(duì)無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定飛行起著關(guān)鍵性的作用，它同時(shí)擔(dān)負(fù)著多重責(zé)任，包括：傳感器數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)融合、PID控制、電機(jī)、無(wú)線和USB通信和圖像傳輸?shù)热蝿?wù)。

無(wú)人機(jī)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(jì)，自帶DMP并支持MPL，主要用于測(cè)量無(wú)人機(jī)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(shí)支持溫度和氣壓測(cè)量，溫度分辨率高達(dá)0.01攝氏度,氣壓相對(duì)精度為0.12hpa,功耗低至2.7μΑ，與無(wú)人機(jī)的主控MCU使用模擬的IIC通信方式。

視覺(jué)處理模塊采用的是Openmv攝像頭，造型小巧低功耗易開(kāi)發(fā)，已足夠完成機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用。

（二）系統(tǒng)的軟件流程設(shè)計(jì)

當(dāng)通上電源，系統(tǒng)初始化后可通過(guò)無(wú)線通信方式開(kāi)啟飛行器。當(dāng)然，可以通過(guò)飛行器上的獨(dú)立按鍵去打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)飛行器的一鍵起飛定高。程序初始化為定高50cm，當(dāng)飛行器達(dá)到當(dāng)前地面的50cm的高度便會(huì)懸停在空中，等待進(jìn)行下一步的命令，通過(guò)移動(dòng)端打開(kāi)無(wú)人家上的openmv，選定追蹤目標(biāo)后，無(wú)人機(jī)進(jìn)入自主模式。

三、結(jié)語(yǔ)

本文研究了一種新型的四旋翼飛行器設(shè)計(jì)，通過(guò)攝像頭標(biāo)記物體，不斷反饋目標(biāo)物體的坐標(biāo)與飛行器之間的坐標(biāo)差距，實(shí)時(shí)采集分析飛控板上的各個(gè)硬件模塊數(shù)據(jù)，結(jié)合PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一鍵起飛定高，達(dá)到自主追蹤物體的目的。