基于ARM內(nèi)核單片機(jī)的四旋翼直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計

作者：時間：2013-08-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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2．2 傳感器數(shù)據(jù)采集及通信接口設(shè)計
2．2．1 組合導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集
組合導(dǎo)航系統(tǒng)采用了慣性導(dǎo)航與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)相結(jié)合的方案，二者能夠彌補(bǔ)相互的不足，為無人機(jī)提供可靠性好，自主性和精確度高的導(dǎo)航信息。其中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)選擇了基于MEMS技術(shù)的慣性傳感器，結(jié)合卡爾曼濾波算法和四元數(shù)法及三軸磁力計溫度補(bǔ)償進(jìn)行姿態(tài)解算和估計。傳感器的輸出為數(shù)字信號，通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)。由于STM32片內(nèi)集成串口，因此設(shè)計RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換電路以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232芯片，電路如圖4所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/192757.htm

2．2．2 超聲波傳感器
用于測量高度的超聲波傳感器采用SensComp公司的615088傳感器，它具有兩種模式：觸發(fā)測距模式和5 Hz自動測距模式。測量范圍：0．15～10．7 m，測量精度：0．1％。
STM32采用捕獲中斷方式測得超聲波發(fā)送的邊沿跳變信號與經(jīng)障礙物反射回來的超聲波邊沿跳變信號，做差換算得到超聲波模塊與障礙物的距離。實(shí)測在0．2～10 m范圍內(nèi)的距離，其測距誤差不超過0.1％，滿足四旋翼飛行器飛行的精度要求。
2．2．3 無線數(shù)傳模塊
本設(shè)計方案所選用的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊有TTL、RS232、RS485 3種接口，同時配有USB轉(zhuǎn)，TTL模塊，在開闊地的傳輸距離可達(dá)800 m。飛控系統(tǒng)主控芯片通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位PC機(jī)進(jìn)行通信，傳送由傳感器獲得的飛行數(shù)據(jù)到上位PC機(jī)以實(shí)時監(jiān)測飛行狀態(tài)，同時上位PC機(jī)也可以向飛行器傳送飛行控制指令及相關(guān)參數(shù)。
2．2．4 PWM信號的采集與輸出
由于四旋翼飛行器的飛行完全依靠四個電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化來控制，其不同于固定翼飛機(jī)的是滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航以及油門通道均需要通過4個電機(jī)聯(lián)動才能實(shí)現(xiàn)對四旋翼飛行器的控制。因此，需要在油門通道控制信號的基礎(chǔ)上疊加其余3個通道信號，混控合成之后的四路信號分別輸出至4個電子調(diào)速器對各個電機(jī)加以控制。
根據(jù)四旋翼姿態(tài)控制的原理，定義4個電機(jī)序號以及機(jī)體軸系如圖5所示。

根據(jù)上述分析，電機(jī)控制信號混控公式如式(1)所示：

其中△φ=φ-φmid，△θ=θ-θmid，△ψ=ψ-ψmid。M1，M2，M3，M4分別表示電機(jī)1～電機(jī)4的控制信號，T表示油門通道控制信號，φ表示滾轉(zhuǎn)通道控制信號，θ表示俯仰通道控制信號，ψ表示偏航通道控制信號，φmid、θmid、ψmid分別表示滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航通道控制信號的中立值。