基于dsp的四旋翼无人飞行器设计本科毕业论文设计(编辑修改稿)

基于dsp的四旋翼无人飞行器设计本科毕业论文设计(编辑修改稿)内容摘要：

型手机 平板装置设备 手持型游戏产品 游戏机 3D 遥控器 可携式导航设备 特征：以数字输出 6轴或 9 轴的旋转矩阵、四元数 (quaternion)、欧拉角格式 (Euler Angle forma)的融合演算数据。 具有 131LSBs/176。 /sec 敏感度与全格感测范围为177。 250、177。 500、177。 1000 与177。 20xx176。 /sec 的 3 轴角速度感测器 (陀螺仪 )。 可程式控制，且程式控制范围为177。 2g、177。 4g、177。 8g 和177。 16g 的 3轴加速器。 移除加速器与陀螺仪轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的飘移。 数字运动处理 (DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷。 运动处理数据库支持 Android、 Linux与 Windows 内建之运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了客户须另外进 行校正的需求。 以数位输出的温度传感器以数位输入的同步引脚 (Sync pin)支援视频电子影相稳定技术与 GPS 可程式控制的中断 (interrupt)支援姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降中断、 highG 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能。 VDD 供电电压为 177。 5%、 177。 5%、 177。 5%； VDDIO 为 177。 5% 陀螺仪运作电流： 5mA，陀螺仪待命电流： 5amp。 micro。 A；加速器运作电流：350amp。 micro。 A，加速器省电模式电流： 20amp。 micro。 A@10Hz 高达 400kHz 快速模式的 I2C，或最高至 20MHz 的 SPI 串行主机接口 (serial host interface) 内建频率产生器在所有温度范围 (full temperature range)仅有177。 1%频率变化。 使用者亲自测试 10,000g 碰撞容忍度为可携式产品量身订作的最小最薄包装 ( QFN)符合 RoHS 及环境标准 [7]。 HMC5883L 介绍 霍尼韦尔 HMC5883L 是一种表面贴装的高集成模块，并带有数字接口的弱磁 8 传感器芯片，应用于低成本罗盘和磁场检测领域。 HMC5883L 包括 最先进的高分辨率 HMC118X 系列磁阻传感器，并附带霍尼韦尔专利的集成电路包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在 1176。 ~2176。 的 12 位模数转换器。 简易的 I2C 系列总线接口。 HMC5883L 是采用无铅表面封装技术，带有 16引脚，尺寸为。 HMC5883L 的所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统 [8]。 表 21 芯片参数说明： The table 21 shows the parameters of chip： 磁场范围 满量程（ FS） 全部 施加磁场（典型） 8 +8 高斯（ gauss） 磁场动态 3bit 增量控制 177。 1 177。 8 高斯 线性 177。 177。 %满量程 解析时间 VDD=,GN=2 5 毫高斯 启动时间 I2C 控制准备时间 200 us 磁带 177。 高斯输入准备时间 177。 25 ppm 纵向灵敏度 测试条件：总想区域 =， Happlied=177。 3gauss 177。 2% %FS/Gauss 输出速率 持续测量模式 单一测量模式 75 160 Hz Hz 开关时间 I2C 指令等待 200 us 测量周期 从接收指令到数据准备 6 ms 增益公差 所有增益 /动态范围设置 177。 5 % I2C 地址 7bit 地址 8bit 读取地址 8bit 写入地址 0x1E 0x3D 0x3C hex hex hex I2C率 由 I2C 主机控制 400 kHz I2C 滞后性 施密特触发器脉冲输入在 SCL 和 SDA 上的滞后性 下降（ VDDIO=） 上升（ VDDIO=） *VDDIO *VDDIO V V 自测试 Xamp。 Y轴 Z轴 177。 177。 V V Xamp。 Y 轴（ CN=100） Z轴 (GN=100) 510 LSb BMP085 介绍 BMP085 作为新一代高精度气压传感器与 SMD500 的功能和引脚是完全兼容的。 通用的 SMD500/BMP085 C代码 (BMP085SMD500API)与 SMD500 也是兼容的，但是要注意器件 ID。 正在使用 SMD500 气压传感器的用户如果打算使用 BMP085气压传感器并得到第一手资料，请尽快联系 BOSCH 公司。 BMP085 的低功耗、低电压的电学特性使 它可以很好的适用于手机、 PDA、 GPS 9 导航器件以及户外装备上。 BMP085 在低的高度噪声（ merely ）快速转换的情况下，表现很好。 BMP085 是基于压阻效应技术的，具有稳定的电磁兼容性、高精度、线性性以及稳定性。 Bosch 公司的气压传感器（在自动控制应用领域）是世界市场上的领军，基于 200 百万气压传感器这制造经验， BMP085 继续了新一代的微型气压传感器 [8]。 关键特性 ： 压力范围： 300~1100hpa（ +9000m~500m 海拔高度）； 电压范围： ~（ VDDA）， ~（ VDDD）； 封装大小：长宽 5*5mm 高 ； Low power 、 Low noise； 内含温度测量 I2C 接口； 全标准（内含标准数据校准）； MSL1 PTN78000W 介绍 PTN78000 是一系列的高效率，降压集成开关稳压器（ ISR），在系列产品中受欢迎的 78ST100 第三代演变。 新的设计考虑了 78ST100， PT78ST100， PT5100，和 PT6100 系列单列直插引脚（ SIP）的产品。 PTN78000 是比它的之前系列产品更 小更轻，并具有类似的或改进的电气性能特点。 在要求体积小的情况下，双面封装，也具有更好的热性能，符合 RoHS 和无铅。 运作在宽输入电压范围，提供了高效的 PTN78000，设置使用一个外部电阻器降压电压转换为高达 的输出电压的负载。 PTN78000w 可设置范围内的任何值 至 ，和从 V 到 22V 的输出电压的 PTN78000w 的 PTN78000h可低至 2V 低于输入，允许工作到 7V，在 5V 的输出电压的 ptn78000h 输出电压可低至 3V 低于输入，允许运行到 15V， 12V 的输出电压。 PTN78000 具有欠压锁定和积分 /关闭抑制。 该模块是适用于各种各样的通用应用程序，用 12V， 24V，或 28V 电压供电 [9]。 图 22： PTN7800w Figure 22： PTN7800w WIFI 模块 USRWIFI232T 超低功耗嵌入式 WIFI 模组提供了一种将用户的物理设备连 10 接到 WIFI 无线网络上，并提供 UART 串口等接口传输数据的解决方案。 该模组硬件上集成了 MAC，基频芯片，射频收发单元，以及功率放大器；嵌入式的固件则支持 WIFI 协议以及配置，以及组网的 TCP/IP 协议栈。 USRWIFI232T 是一款一体化 ，通过 USRWIFI232T模组，传统的低端串口或 MCU 控制的设备均可以很方便的接入 WIFI 无线网络，从而实现物联网控制与管理。 USRWIFI232T 采用业内最低功耗嵌入式结构，并针对智能家具，智能电网，手持设备，个人医疗，工业控制等这些低流量低频率的数据传输领域的应用，做了专业的优化。 USRWIFI232T 是一款集成了所有 WIFI 功能的小巧模块，尺寸仅 22mm x x 6mm。 针对照明和插座等应用领 域采用了 1x10 管脚 2mm 插针连接器，易于焊装在客户产品的硬件单板电路上。 模块配备有特制的焊盘或外置天线连接器，适于各种外置天线的应用 [10]。 系统 硬件概述 四旋翼无人飞行器系统主要包括： DSP 最小系统、六轴传感器、气压计、电子罗盘、电调、电机、机架、机翼 和 电源。 其结构框图如图 1 所示， DSP 采用TMS320F28335，它是整个系统控制的核心部件。 六轴传感器、气压计、电子罗盘作为系统对飞行器姿态和空间状态的数据采集。 电源采用 PTN7800w 将 12v 电池转 的直流。 至于如何进行飞行姿态的数据采 集、姿态控制和电源稳定供电，它的选择直接影响整个系统的效果，下一节将介绍有关于这方面的选择，这里就不做介绍。 图 23：系统样式 Figure 23: System style 11 方案选择 方案设计 根据设计题目基于 DSP 的四旋翼无人飞行系统的设计可知，系统采用的是DSP 为控制器件，通过其强大的浮点运算单元，可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代 DSP 相比，平均性能提高 50%。 利用高精度 HRPWM 控制四旋 翼，能够更好实现算法要求，达到设计目标。 为此提出了关于两种实现四旋翼无人飞行器系统的设计方案，下面将一一为大家介绍。 方案一：原始传感器数据处理融合、卡尔曼滤波和 PID 姿态控制 在运动控制系统中，传统上就往往将速度传感器测量到的速度和加速度计测量到的加速度进行单独处理，没有将两者的信息进行数据融合。 由物理定律可知，加速度与速度成导数关系，所以两者的数据是存在内在联系的，完全可以根据信息融合理论对两者数据进行综合处理，从而得到更加准确的结果。 卡尔曼滤波器是常用的一种数据融合技术，它利用迭代递推计算的方式，对存 贮空间要求很小。 再利用 PID 算法将采集得到的姿态数据进行控制处理实现飞行器的平稳可控飞行。 方案二：利用 MPU6050 内部基础 DMP、 PID 控制算法 通过查阅 MPU6050 芯片资料，内部集成了 DMP 运动处理器，可以最六轴数据直接进行处理得到四元数数据，最后通过 I2C 输出到 DSP 芯片中。 再结合电子罗盘和气压计传感器得到的数据再进一步融合就得到了飞行器的实时姿态数据。 最后利用 PID 算法将采集得到的姿态数据进行控制处理实现飞行器的平稳可控飞行。 方案比较 1）复杂性：方案一采取用原始数据融合，卡尔曼滤波 算法等操作；而这些过程在方案二中使用 DMP 和简单数据融合操作就可以代替，所以方案二设计简单。 2）准确性：方案一和方案得到的数据通过查阅数据手册都是一样结果，比较精确， 并且响应速度快。 3）局限性：由于方案一中使用的 DSP 处理程序比较复杂，因为涉及到现代信号处理超出了我们的学习。