基于嵌入式技术的四旋翼飞行器系统设计与实现

发布时间：2017-05-13 11:01

  本文关键词：基于嵌入式技术的四旋翼飞行器系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：飞翔是人类永恒的梦想。 自1903年莱特兄弟首次实现了持续滞空不落地飞行以来,人们就对飞行器及其控制理论进行了大量研究。有关多旋翼飞行器的研究更是早在1907年已经开始,到1958年左右就已经成功制作了一批实际产品；但受限于当时的落后的计算机和控制技术,控制多旋翼飞行器所需的复杂操作远远超出了人类的能力而并没有得到广泛应用。 嵌入式软硬件技术的发展为解决多旋翼飞行器控制的复杂问题提供了可能,随着以嵌入式微控制器和嵌入式实时操作系统为代表的嵌入式技术的迅猛发展和蓬勃兴起,多旋翼飞行器近年又重新引起了越来越多的关注。四旋翼飞行器作为多旋翼飞行器的代表,在机体体积、垂直起降、定点悬停和低速飞行等方面体现出了不可置疑的优势,已经在军事领域和民用领域都显示出了极高的研究和应用价值,已经成为目前除扑翼飞行器外最有前途和最具潜力的飞行器之一。 基于上述背景,本文对基于嵌入式技术的旋翼飞行器的设计和实现进行了研究和探索,主要研究了四旋翼飞行器及其依赖的嵌入式软硬件的设计与实现。本文在对嵌入式系统、嵌入式实时操作系统、四旋翼飞行器的机身结构、飞行动力系统、惯性测量单元和飞行控制系统等的原理和相关关键技术进行了一定深入的研究后,实际设计并加工制作了适用于微小型四旋翼飞行器的机身、高速外转子直流无感无刷电机电子换相控制模块、全数字式十自由度捷连惯性测量单元；并在STM32F105VC嵌入式微控制器和RT-Thread实时操作系统的基础上,编写了相关的BSP驱动程序、姿态测量算法和姿态控制算法等,初步实现了四旋翼飞行器的飞行控制。 本文是对嵌入式系统等相关知识的综合和全面运用,能够极好地体现嵌入式专业技术的综合性。本文在诸多方面所做的工作,应当可以成为后续相关可能研究和工作的现实参考。
【关键词】：嵌入式 嵌入式技术 嵌入式实时操作系统 旋翼飞行器
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V249;TP368.12
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究历史及现状11-18
• 1.2.1 国内外研究历史11-14
• 1.2.2 国内外研究现状14-18
• 1.3 论文的主要内容及意义18-19
• 1.4 论文的组织结构19
• 1.5 本章小结19-21
• 第二章 相关原理和技术综述21-29
• 2.1 四旋翼飞行器21-26
• 2.1.1 四旋翼飞行器概述21-23
• 2.1.2 四旋翼飞行器的空气动力学原理23-26
• 2.2 相关嵌入式技术26-28
• 2.2.1 嵌入式系统概述26-27
• 2.2.2 嵌入式处理器27
• 2.2.3 嵌入式实时操作系统27-28
• 2.2.4 嵌入式应用软件28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 系统总体设计29-34
• 3.1 系统总体设计概述29-31
• 3.1.1 系统总体设计29-30
• 3.1.2 系统模块交互30
• 3.1.3 无线通信机制30-31
• 3.2 高速外转子直流无感无刷电机31-32
• 3.3 电子换相模块32
• 3.4 惯性测量单元32-33
• 3.5 飞行控制模块33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 系统硬件设计34-48
• 4.1 电子换相模块34-38
• 4.1.1 DYS公司BC2826/13电机34-35
• 4.1.2 MCU及接口35-36
• 4.1.3 六臂全桥驱动电路36-37
• 4.1.4 过零检测电路37
• 4.1.5 电流检测电路37-38
• 4.2 惯性测量单元38-40
• 4.2.1 供电电路38-39
• 4.2.2 陀螺仪传感器39
• 4.2.3 加速度传感器39-40
• 4.2.4 磁阻传感器40
• 4.2.5 气压传感器40
• 4.3 飞行控制模块40-43
• 4.3.1 供电电路41
• 4.3.2 时钟及复位41
• 4.3.3 MCU及启动模式41-42
• 4.3.4 调试接口42-43
• 4.3.5 外部接口43
• 4.4 机身结构设计43-47
• 4.4.1 机身结构概述43-44
• 4.4.2 局部镂空的隼接机身44-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 系统软件设计48-76
• 5.1 开发环境及工具48-49
• 5.1.1 AVR Studio IDE48
• 5.1.2 RealView MDK-ARM μVision IDE48
• 5.1.3 RT-Thread实时操作系统48-49
• 5.2 电子换相模块49-61
• 5.2.1 电子换相模块概述49-50
• 5.2.2 电子换相规律50-51
• 5.2.3 开环启动算法51-56
• 5.2.4 过零检测及换相算法56-58
• 5.2.5 比较器中断处理函数58-60
• 5.2.6 lie总线通信及协议60-61
• 5.3 飞行控制模块61-67
• 5.3.1 飞行控制模块概述62-63
• 5.3.2 标准外设驱动库63
• 5.3.3 BSP板级支持包63-67
• 5.3.4 实时操作系统67
• 5.4 飞行控制模块应用层67-73
• 5.4.1 任务分解67-69
• 5.4.2 远程通信任务69-70
• 5.4.3 电子换相模块通信任务70
• 5.4.4 飞行控制任务70-73
• 5.5 上位机及无线透传73-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 测试和总结76-80
• 6.1 系统整体测试76-78
• 6.2 主要工作总结78-79
• 6.3 下一步研究工作79-80
• 参考文献80-82
• 附录82-83
• 附录1 50cm×40cm飞行器机身拼版82-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间发表的学术论文84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 聂博文;马宏绪;王剑;王建文;;微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术[J];电光与控制;2007年06期

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本文编号：362339