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嵌入式系统大三上学期课程设计

Quadcopter-UCOSii

功能

• 当前功能：稳定飞行，能够用遥控器进行控制
• 未来添加功能：飞行定高（现缺少PID控制）、摄像头实现目标识别（已实现，未整合进整体程序），GPS实现、悬停以及定点飞行（未实现）
• 性能相关：飞行稳定性较好，操作系统任务运行频率较高（姿态解算为300HZ左右，PID控制为150HZ左右），飞行时间大概为10几分钟
• 存在问题：脚架弹性过高，降落易弹翻

选材

• 机架：F450
• 电调：好盈天行者20A
• 电机：新西达A2212
• 电池：格氏 2200mAh 25C
• 飞控板：STM32F401RE
• 扩展板：自己画的，原理图待上传
• 传感器：GY-86（加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计）
• 蓝牙：HM-10（PC端使用HM-15）
• 遥控器：乐迪4通道+接收器

姿态解算

传感器数据获取

• 功能：获取加速度计、陀螺仪和磁力计的三轴（XYZ）数据，并对其数据进行滤波和零漂矫正
• 原理：传感器连接飞控板后，通过I2C将传感器数据读出；滤波采用低通滤波，由硬件来实现；零漂矫正采取静置时采集上千次数据求平均值的方法

算法

• 功能：将九轴数据转化为欧拉角以得到飞行器的姿态
• 原理：采取Mahony的AHRS算法；通过四元数的旋转矩阵得到欧拉角

遥控器信号捕获

• 功能：捕获遥控器信号并进行零点矫正和限幅，以输入PID控制 器进行控制
• 原理：遥控器的接收器与飞控板连接后，将信号输入定时器进行PWM信号解析；零点矫正采取开机时采集上百次数据求平均值的方法；限幅采取乘上比例因子的方法

PID控制

• 功能：控制四个电机的转速，让飞行器稳定飞行
• 原理：采取双闭环PID控制（算法自主编写），外环为欧拉角P控制，内环为加速度PID控制；获得三个欧拉角PID值后，与油门一起融合为电机速度PWM占空比分子值（X模式）

uC/OS II 移植

• 功能：通过移植操作系统来进行任务分配
• 设计：任务一为姿态解算、任务二为PID控制、任务三为蓝牙串口通信；任务间通过全局变量进行数据交换