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TI杯四旋翼飞行器.pdf
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T I 杯 四 旋 翼 飞 行 器
Revised by Petrel at 2021
2 0 1 4 年 T I 杯 大 学 生 电 子 设 计 竞 赛 报 告
A 题:四旋翼飞行器
摘要
:小型四旋翼飞行器是一种通过对四个旋翼联合驱动而实现垂直起
降的无人飞行器,是一个模块化、具有较高硬件灵活性和较好操控性的平台
装置,这个平台装置能够为科学实验、工程监控、气象监测、灾害预警等提
供很好的应用平台。本文以自制小型电动四旋翼飞行器作为研究平台,通过
对 MPU6050 传感器测得运动数据研究,实现对其空中运动姿态的数学描述,
建立完整的动力学模型,并针对姿态解算方法和飞行控制算法展开研究,最
终完成飞行器的稳定悬停等研究目标。
关键词
:四旋翼飞行器;MPU6050 传感器;运动姿态;动力学模型;稳
定悬停。
目录
一、系统设计要求....................................错误!未指定书签。
1.1、任务.......................................错误!未指定书签。
1.2、设计相关要求...............................错误!未指定书签。
1.2.1、基本要求.............................错误!未指定书签。
1.2.2、发挥部分.............................错误!未指定书签。
二、系统方案论证与选择..............................错误!未指定书签。
2.1、系统基本方案...............................错误!未指定书签。
2.1.1、处理器选取方案.......................错误!未指定书签。
2.1.2、轨迹探测模块选取方案.................错误!未指定书签。
2.1.3、高度传感器选取方案...................错误!未指定书签。
2.1.4、平衡传感器选取方案...................错误!未指定书签。
2.1.5、电源模块选取方案.....................错误!未指定书签。
2.1.6、电机驱动模块选取方案.................错误!未指定书签。
2.1.7、加速度模块选取方案...................错误!未指定书签。
2.2、系统各模块的最终方案.......................错误!未指定书签。
2.2.1、方案描述.............................错误!未指定书签。
2.2.2、具体方案.............................错误!未指定书签。
三、系统的硬件设计与实现............................错误!未指定书签。
3.1、系统硬件的基本组成部分.....................错误!未指定书签。
3.2、主要单元电路的设计.........................错误!未指定书签。
3.2.1、控制电路.............................错误!未指定书签。
3.2.2、摄像头循迹电路.......................错误!未指定书签。
3.2.3、超声波测距电路.......................错误!未指定书签。
3.2.4、电机驱动电路.........................错误!未指定书签。
四、系统软件设计....................................错误!未指定书签。
4.1、基本要求流程图.............................错误!未指定书签。
4.2、超声波发送和接收模块流程图.................错误!未指定书签。
4.3.软件流程图..............................错误!未指定书签。
4.4.主要算法程序代码........................错误!未指定书签。
五、系统测试........................................错误!未指定书签。
5.1、测试仪器...................................错误!未指定书签。
5.2、指标测试...................................错误!未指定书签。
5.2.1、测试方法和条件.......................错误!未指定书签。
5.2.2、测试数据及测试结果分析...............错误!未指定书签。
六、总结............................................错误!未指定书签。
参考文献........................................错误!未指定书签。
一、系统设计要求
1.1、任务
(1)设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器。
1.2、设计相关要求
四旋翼飞行器能够完成以下飞行动作:
(1) 飞行器能够根据起飞前预置的指令起飞,飞离地面高度应超过 30cm,
飞行距离(水平)应超过 60cm,然后飞行器应能平稳降落。
(2) 飞行器能够根据指定(键盘设定)的飞行高度及降落地点(方向及距
离)连续稳定地完成起飞、指定高度水平飞行、平稳降落等动作。
(3) 飞行器能够根据起飞前预置的指令垂直起飞,起飞后能够在 50cm 以
上高度平稳悬停 5s 以上,然后再平稳缓慢降落到起飞地点;起飞与降
落地点水平距离不超过 30cm。
(4) 其他自主发挥设计的飞行动作。
二、系统方案论证与选择
根据题目要求,系统可以划分为电源部分、传感器部分、控制部分、电机
驱动部分;其中电源部分:3.7V1200mA 锂电池。模块框图如图 2 所示。
图 2 系统模块框图
2.1、系统基本方案
为比较方便和经济实惠和可行的实现各模块的功能,分别作以下几种不同
的设计方案并进行论证。
2.1.1、处理器选取方案
方案一、
采用比较普及的c51处理器,51 单片机比较普及,价格低廉,学习资料
比较多,易于自主的学习与掌握,而且这方面的图书和教材比较多,学习资料
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春哥111
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