基于STM32的MINI四軸飛行器設計

邵陽學院　田　豐　許建明　陳炯明

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基于STM32的MINI四軸飛行器設計

邵陽學院田豐許建明陳炯明

【摘要】本文介紹了四軸飛行器的基本工作原理，設計和制作了一種簡化版四軸飛行器。系統由飛行控制系統的硬件設計和軟件設計組成，硬件包含MCU、運動傳感器、電源管理模塊、電機驅動模塊、通信模塊等。MCU選用ST公司的STM32F1系列微控制器，運動傳感器選用MPU6050六軸傳感器，電源管理模塊選用XC6206低壓差線性穩壓模塊，電機驅動模塊選用SOT-23封裝的AO3400場效應管，通信模塊選用串口藍牙模塊。軟件主要由姿態解算模塊、PID控制模塊、通信協議等組成。經測試飛行器能夠完成基本的功能和技術指標。

【關鍵詞】微控制器；四軸飛行器；傳感器

1　系統工作原理

本設計的處理器采用意法半導體公司的微控制器STM32F103C8T6，該處理器內核架構ARM Cortex-M3，具有高性能、低功耗、低成本等特點，十分適合中型復雜度的產品的控制。傳感器MPU6050六軸運動檢測模塊、通信采用了藍牙串口模塊、電機驅動使用的是MOS管，電源管理模塊等；遙控采用自己制作的遙控器。當控制數據據傳到控制板上時，控制板解析數據命令，并將命令作為參數輸入到PID控制器中參與計算。最后輸入的數是融合后的遙控數據。系統設計總框圖如圖1所示。

圖1　系統框圖

2　硬件系統設計

2.1微控制器電路

STM32F103單片機正常運行是需要一定基本的電路條件，如果這些條件不滿足，微控制器是無法正常運行，這些細節工作必須要先做好才能夠防止后面不穩定問題。

(1)復位電路

復位電路是一個單片機系統必備的電路，當MCU的供電電壓有變化時，復位電路可以產生復位信號，讓MCU發生復位，這樣就可以避免因為電壓波動造成了MCU的程序跑飛等問題。一個可靠的復位十分重要，本設計采用的是阻容復位，這樣設計的好處是電路簡單，成本低廉。

(2)時鐘電路

單片機是數字時序電路的一種，數字時序電路都需要時鐘源，采用晶振為單片機提供時鐘信號。晶振采用8MHz，在STM32F103內部有PLL電路，可以把這個8MHz的信號倍頻到72MHz和更高速的頻率。

2.2穩壓電路

STM32F103運行電壓是3.3V，而電池的正常供電電壓是3.5V到4.2V之間，所以不能夠直接作為單片機和系統的電源，本設計采用了ME6206A穩壓芯片。該穩壓芯片的電路應用十分的簡單，性能非常好。

2.3電池電壓檢測電路

鋰電池有容量大，重量小，無記憶效應等特點而被廣泛使用，但鋰電池有一個很大的缺點就是不能過充和過放，過放會鼓氣，過充會爆炸，所以在四軸上設計過程中選用了一個ADC電路來檢測電池的電壓， 一旦檢測到電池電壓過低，就報警，提醒用戶換電池。

2.4電機驅動電路

四軸飛行器需要4個高速的電機驅動，電機驅動對本設計非常的重要。本設計方案由于采用mini版本，驅動電流不能太大，電機正常工作電流是1A左右，故使用了SI2303的N溝道MOS管，它的最大電流可以達到3A，能保證電機的正常運轉，驅動電路如圖2所示。

圖2　電機驅動電路

3　軟件設計

軟件設計原理是由控制核心STM32F1讀取MPU6050傳感器三軸加速度，三軸陀螺儀角度，并進行適當的濾波，然后用四元素來融合三軸加速度，三軸陀螺儀角度輸出數據，結算出相對與水平面的歐拉角，再把這個角度和遙控角度輸入PID控制器計算出四個電機的輸出值，綜合以上完成本設計的程序設計。

4　結束語

本設計采用了STM32F1單片機實現了四軸飛行器的運動控制，實現了各種控制功能，達到了設計要求，電路設計簡單，制作精致，可以作為娛樂玩具，有一定的市場應用價值。

參考文獻

[1]江世明,許建明,朱群峰,申壽云.單片機原理及應用[M].上海:上海交通大學出版社,2013.

[2]韓克,薛迎霄.單片機應用技術[M].北京:電子工業出版社, 2013.

[3]張毅剛,彭喜元,等.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2012.

田豐（1995—），男，湖南常德人，電子科學與技術專業本科生。

許建明（1977—），男，湖南武岡人，碩士，副教授，主要從事電子技術研究。

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