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2013电子设计大赛四旋翼自主飞行器-(B1-题).doc

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电子设计竞赛

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2013 年全国大学生电子设计竞赛

课题:四旋翼自主飞行器（B 题）

【本科组】

2013 年 9 月 7 日

摘要

为了满足四旋翼飞行器的设计要求，设计了以微控制器为核心的控制系统

和算法。首先进行了各单元电路方案的比较论证，确定了硬件设计方案。四旋翼

飞行器采用了固连在刚性十字架交叉结构上的 4 个电机驱动的一种飞行器，以

78K0R CPU 內核为基础,围绕新的 RL78 CPU 內核演化而来的 RL78/G13 作为控

制核心，工作频率高达 32MHz，工作电压 1.6V-5.5V，适合各种类型的消费类电

子和工业应用, 满足 8/16 位微控制器的需求，有助于降低系统功耗，削减总系统

的构建成本。采用 9926B MOS 管芯片的驱动直流电机，该驱动芯片具有内阻小、

负载电流大、且控制简单的特性。通过采用 MPU-6050 整合的 3 轴陀螺仪、3

轴加速器，并含可藉由第二个 I2C 端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或

其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎，由

主要 I2C 端口以单一数据流的形式，向应用端输出完整的 9 轴融合演算技术

InvenSense 的运动处理资料库，可处理运动感测的复杂数据，降低了运动处理

运算对操作系统的负荷，实现了四旋翼飞行器运动速度和转向的精准控制。通过

HC-SR04 超声波测距模块实现了对四旋翼飞行器飞行高度的准确控制。通过激

光传感器，实现了四旋翼飞行器沿黑线前进，在规定区域起降，投放铁片等功能，

所采用的设计方案先进有效，完全达到了设计要求。

关键词：四旋翼自主飞行器，E18-D50NK 光电传感器，寻线，超声波，单片机。

四旋翼自主飞行器（B 题）

【本科组】

1 系统方案

本系统主要由电源模块、电机驱动模块、光电循迹模块模块、超声波测高模块、

姿态传感器模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1 电源模块的论证与选择

方案一：采用线性元器件 LM7805 三端稳压器构成稳压电路，为单片机等其他模块

供电，输出纹波小，效率低，容易发热。

方案二：采用元器件 2596 为开关稳压芯片，效率高，输出的纹波大，不容易发热。

方案三：采用线性元器件 2940 构成稳压电路，为单片机等其他模块供电，输出纹

波小，效率高，不容易发热，综合性能高。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2 电机驱动模块的论证与选择

方案一：采用三极管驱动，由于输出电流很大，容易发热，

方案二：采用 L298N 电机驱动模块，通过电流大，容易发热，使得电机转速变慢，

载重量变小。

方案三：采用场效应管 9926B 芯片组成的电机驱动模块，驱动能力好。能承受的

最大电流为 7.5A，符合要求。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.3 光电循迹模块的论证与选择

方案一：采用 CCD 摄像头采集图片经过算法处理循迹，前瞻性比较好、循迹效果好，

但是处理程序复杂、成本高。

方案二：采用红外对管，有效距离太短，不能满足实际循迹要求。

方案三：采用 E18-D50NK 光电传感器，这是一种集发射与接收于一体的光电传感

器, 检测距离可以根据要求进行调节。探测距离远、受可见光干扰小、前瞻性较好、抗

干扰性较好。

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