簡易數(shù)字控制四軸飛行器的設(shè)計探討

譚炫

【摘要】 由于經(jīng)濟的發(fā)展要求隨著時代的發(fā)展而不斷提高，四軸飛行器的設(shè)計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。全文通過對簡易數(shù)字控制四軸飛行器工作原理的探討作為切入點，從程序設(shè)計、控制電路設(shè)計、電源設(shè)計和通信設(shè)計四個方面對四軸飛行器的設(shè)計做出了初步探討。最終經(jīng)過實踐論證，該設(shè)計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

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，這就需要我們對于四軸飛行器的設(shè)計與時俱進，在成本控制范圍內(nèi)完成最大的效益。同時。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)對于四軸飛行器的需求也不低，同時新興經(jīng)濟的發(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)計需要進一步的完善與更新。

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架模式，而在飛行器的選擇過程中，會出現(xiàn)一個電機在前方、另一個電機在后方或者兩個電機在前、兩個電機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器后續(xù)計算方面比較方便，但在實際控制中難度較高。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)計探討

2.1程序設(shè)計

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)計中必須體現(xiàn)出程序設(shè)計的核心地位。總體而言，在程序的編寫上必須要從飛行器的整體設(shè)計為著眼點，進而落實每一處細(xì)節(jié)，從而使整個程序具備高度的穩(wěn)定可靠性。同時，四軸飛行器在實際工作中主要以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、電機控制以及通信四個部分為中心。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)計中加入定時器的部分，協(xié)助主循環(huán)完成任務(wù)判斷與實際處理。

2.2控制電路設(shè)計

由于簡易的數(shù)字控制四軸飛行器對懸停、前后運動、左右運動以及翻滾等飛行要求不高，所以就要求在設(shè)計中要更加注重控制芯片的性價比考量。因為倘若選擇價格較高的控制芯片就會顯得大材小用，導(dǎo)致整個飛行器的價格過高，性價比下降。反之，選擇價格較低的控制芯片，則無法保障飛行器的整體設(shè)計要求，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要求即可。第一要求具備組后的存儲容量以支持四元素融合算法的運作。第二，控制器需要同時具備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)計要求。

2.3電源設(shè)計

作為飛行器的動力部分，對電源的設(shè)計選擇極為重要。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，出于對飛行器的整體考慮本課題主要采用3.3V設(shè)計電路，同時雖然電機驅(qū)機采用 3.7V電壓，但需要使用 5V 電壓完成充電，從而在對使用中的3.7V的鋰電池進行充電時就需要進行電壓幅度的轉(zhuǎn)化。因此，在電源的選擇方面需要滿足飛行器對于電力不得同要求，保障飛行器的電力控制在實際運行以及充電過程中達到一致。

2.4通信設(shè)計

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)遙控端的實際控制做出不同的反應(yīng)，因此，四軸飛行器的設(shè)計中需要對通信設(shè)計這一部分進行控制。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)計中需要加入對無線通信電路的設(shè)計。同時，通信電路設(shè)計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，對進一步的四軸飛行器設(shè)計做出了探究。在硬件電路設(shè)計方面主要探求了控制電路、電機驅(qū)動電路以及無線通信電路三部分的設(shè)計思路，為整個飛行器設(shè)計提出了可行性較強的建議。

同時，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簡易數(shù)字控制四軸飛行器的高性能以達到各個階層使用者的要求。

參 考 文 獻

[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)計與實現(xiàn)[J]. 微型機與應(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[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，13：32-34.