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2013年全国大学生电子设计竞赛论文 【本科组】 课题:四旋翼自主飞行器 (B 题) 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,红外,寻线,超车,单片机 1、系统方案的设计与论证 1.1 系统总体框架 整个系统分为系统模块、角度检测模块、电机驱动模块、电源模块、显示模块。各模块的系统框图如图1所示。 图1系统模块框图 1.2 方案论证与比较 (1)控制模块 传统的51单片机广为应用,具有使用简便、便宜价格等优点,但是其运算能力较低,速度较慢,功能相对单一,难以实现较复杂的任务要求。MC9S12XS128是一款功能强大的16位微控制器,具有非常丰富的片上资源,如:10位精度的ADC,节省了片外AD;强大的定时器,方便对电机进行控制,可以进行浮点型运算。