簡易數(shù)字控制四軸飛行器的設(shè)計(jì)探討

譚炫

【摘要】 由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷提高，四軸飛行器的設(shè)計(jì)也做出了更高的要求，希望能夠以低成本完成高質(zhì)量的設(shè)計(jì)。全文通過對(duì)簡易數(shù)字控制四軸飛行器工作原理的探討作為切入點(diǎn)，從程序設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)和通信設(shè)計(jì)四個(gè)方面對(duì)四軸飛行器的設(shè)計(jì)做出了初步探討。最終經(jīng)過實(shí)踐論證，該設(shè)計(jì)可行性得到了有效保障。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)字控制 四軸飛行器 設(shè)計(jì)

引言

近些年，隨著科學(xué)技術(shù)與控制技術(shù)的不斷成熟，簡易數(shù)字控制四軸飛行器的配件價(jià)格也不斷得到調(diào)整。然而為了保障低成本之下的四軸飛行器質(zhì)量能夠得到有效控制，這就需要我們對(duì)于四軸飛行器的設(shè)計(jì)與時(shí)俱進(jìn)，在成本控制范圍內(nèi)完成最大的效益。同時(shí)。四軸飛行器本身簡單的結(jié)構(gòu)、輕便的體型以及較低的價(jià)格使其被廣泛應(yīng)用于民用行業(yè)。如高空航拍、低空偵察、災(zāi)害搜救等具體行業(yè)對(duì)于四軸飛行器的需求也不低，同時(shí)新興經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也為四軸飛行器帶出了更廣闊的需求。所以，簡易數(shù)字控制四軸飛行器的設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步的完善與更新。

一、四軸飛行器的工作原理

首先，傳統(tǒng)的四軸飛行器采用的是十字機(jī)架模式，而在飛行器的選擇過程中，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電機(jī)在前方、另一個(gè)電機(jī)在后方或者兩個(gè)電機(jī)在前、兩個(gè)電機(jī)在后兩種不同模式的選擇。前者雖然在飛行器的方向選擇和機(jī)器后續(xù)計(jì)算方面比較方便，但在實(shí)際控制中難度較高。而如果為了保障飛行器的穩(wěn)定性，則后一種飛行器模式比較符合，但是在控制上仍不如前者簡便。本文以第二種飛行器模式做出了一定的探討.

二、四軸飛行器的設(shè)計(jì)探討

2.1程序設(shè)計(jì)

作為四軸飛行器的核心部分，軟件的質(zhì)量直接決定了四軸飛行器可操作性的高低，因此，在四軸飛行器的設(shè)計(jì)中必須體現(xiàn)出程序設(shè)計(jì)的核心地位。總體而言，在程序的編寫上必須要從飛行器的整體設(shè)計(jì)為著眼點(diǎn)，進(jìn)而落實(shí)每一處細(xì)節(jié)，從而使整個(gè)程序具備高度的穩(wěn)定可靠性。同時(shí)，四軸飛行器在實(shí)際工作中主要以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、電機(jī)控制以及通信四個(gè)部分為中心。因此，為保障不同的程序任務(wù)得到有序的調(diào)整，就需要在設(shè)計(jì)中加入定時(shí)器的部分，協(xié)助主循環(huán)完成任務(wù)判斷與實(shí)際處理。

2.2控制電路設(shè)計(jì)

由于簡易的數(shù)字控制四軸飛行器對(duì)懸停、前后運(yùn)動(dòng)、左右運(yùn)動(dòng)以及翻滾等飛行要求不高，所以就要求在設(shè)計(jì)中要更加注重控制芯片的性價(jià)比考量。因?yàn)樘热暨x擇價(jià)格較高的控制芯片就會(huì)顯得大材小用，導(dǎo)致整個(gè)飛行器的價(jià)格過高，性價(jià)比下降。反之，選擇價(jià)格較低的控制芯片，則無法保障飛行器的整體設(shè)計(jì)要求，影響飛行器的整體質(zhì)量。因此，在處理器的選擇上只要盡可能滿足以下三點(diǎn)要求即可。第一要求具備組后的存儲(chǔ)容量以支持四元素融合算法的運(yùn)作。第二，控制器需要同時(shí)具備PWM功能以及捕獲功能。最后要求控制器具有良好的串口通信功能以滿足飛行器的整體設(shè)計(jì)要求。

2.3電源設(shè)計(jì)

作為飛行器的動(dòng)力部分，對(duì)電源的設(shè)計(jì)選擇極為重要。首先，由于四軸飛行器的主控芯片以及傳感器等各個(gè)主要部分都具有不同的電壓寬度，為保障四軸飛行器的整體運(yùn)行效果，就需要滿足不同的零件部位的不同電壓需求。因此，出于對(duì)飛行器的整體考慮本課題主要采用3.3V設(shè)計(jì)電路，同時(shí)雖然電機(jī)驅(qū)機(jī)采用 3.7V電壓，但需要使用 5V 電壓完成充電，從而在對(duì)使用中的3.7V的鋰電池進(jìn)行充電時(shí)就需要進(jìn)行電壓幅度的轉(zhuǎn)化。因此，在電源的選擇方面需要滿足飛行器對(duì)于電力不得同要求，保障飛行器的電力控制在實(shí)際運(yùn)行以及充電過程中達(dá)到一致。

2.4通信設(shè)計(jì)

四軸飛行器在飛行過程中主要受遙控端控制，并且能夠根據(jù)遙控端的實(shí)際控制做出不同的反應(yīng)，因此，四軸飛行器的設(shè)計(jì)中需要對(duì)通信設(shè)計(jì)這一部分進(jìn)行控制。四軸飛行器與遙控端的通信主要以無線通信為主，因此在飛行器設(shè)計(jì)中需要加入對(duì)無線通信電路的設(shè)計(jì)。同時(shí)，通信電路設(shè)計(jì)主要是以保障通信的暢通性為主要目的。

三、結(jié)語

本文在考量了STM8的簡易數(shù)字控制四軸飛行器的基礎(chǔ)之上，對(duì)進(jìn)一步的四軸飛行器設(shè)計(jì)做出了探究。在硬件電路設(shè)計(jì)方面主要探求了控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及無線通信電路三部分的設(shè)計(jì)思路，為整個(gè)飛行器設(shè)計(jì)提出了可行性較強(qiáng)的建議。

同時(shí)，為保障飛行角度能夠得到精確的控制，本文建議軟件算法上采用四元素姿態(tài)算法。所有的探究都旨在保障整個(gè)簡易數(shù)字控制四軸飛行器的高性能以達(dá)到各個(gè)階層使用者的要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張國云，李亞斌，陳松，羅民，涂兵，彭仕玉. 簡易數(shù)字控制四軸飛行器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2016，06：94-97.

[2]周亮亮，汪列隆，張倩. 基于STM32的四軸飛行器設(shè)計(jì)[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，13：32-34.