基于STM32F429的植保无人机飞控系统的设计

发布时间：2020-06-11 16:36

【摘要】：目前我国农业方面在进行植保作业时存在效率低、安全性差、针对性弱等问题,无人机拥有的灵活性、稳定性、安全性和易于操作性等特点能够很好的解决植保作业时存在的问题。无人机的核心是飞行控制系统,简称飞控系统。整个系统主要是通过分析采集到的各种传感器数据进而控制无人机的工作以及异常处理。本文设计了一种基于STM32F429的植保无人机飞控系统,最终实现装载有该系统的无人机在携带农药时能够高效率的完成植保作业。本文所设计的飞控系统硬件部分主要由主控系统、惯性测量单元(IMU)、定位系统、雷达系统、喷洒系统和供电系统组成。供电系统为主控系统、惯性测量单元和定位系统等各个系统供电;主控系统通过获取和分析惯性测量单元、定位系统和雷达系统所采集到的数据获得无人机的飞行状态信息进而对无人机进行飞行控制。主控系统在获得飞行速度和飞行高度的前提下对喷洒系统进行控制,从而完成植保作业;惯性测量单元主要利用加速度计、气压传感器、陀螺仪等传感器获取当前无人机的姿态角;定位系统利用GPS获取无人机方位信息;雷达系统包括避障雷达和对地测距雷达。避障雷达获取飞行途中是否有障碍物信息,对地测距雷达获取无人机的飞行高度信息;喷洒系统利用从定位系统和雷达系统获取的飞行高度和飞行速度等信息进行流量可调节的农药喷洒。本文所设计的飞控系统软件部分主要以硬件电路为基础,以满足植保需求为目的进行设计编写。各个系统内部相互之间的通信主要依靠CAN、SPI、I~2C和串口通讯等通信协议,这些通信协议保证了各个系统模块间数据的稳定传输;通过Mahony互补滤波算法对从惯性测量单元获取的数据进行处理,计算出无人机的飞行姿态;通过控制算法的调节实现无人机飞行速度和飞行角度的控制,实现无人机的持续稳定飞行;无人机在飞行过程中,对障碍物的识别通常有两种情况,第一种情况是在区域探测过程中利用雷达系统识别障碍物,定位系统记录障碍物位置从而在实际作业过程中避开障碍物。第二种情况是在飞行过程中能够实时躲避突然出现的障碍物。整个飞行过程中,无人机实时与地面站进行数据交换,地面站进行分析并规划无人机飞行路径;程序也对各种功能异常情况进行了处理,保证植保无人机高效率稳定完成作业。
【图文】：

图 2.1 四旋翼无人机机翼示意图3、M4 的旋转方向如图 2.1 所示，实现八种运动对稳定的状态。垂直上升和垂直下降的运动原理很即可实现无人机垂直上升运动，转速同时减小即可

图 2.2 飞控系统的总体结构图本文对飞控系统的设计是基于数字化、小型化、低成本的思想。飞控系统指是以单片机 STM32F429 作为 MCU，即飞控系统的核心，，在 MCU 的统一协分配下，控制各个不同的部分协调而稳定的工作，包括机载传感器和地面站监
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;V249.1

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本文编号：2708168