基于stm32的四轴飞行器——开题报告.doc

成 都 理 工 大 学
学生毕业设计（论文）开题报告
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① 主要研究内容、预期成果（鼓励有创新点）：
研究内容：以STM32F103和6轴加速度传感器MPU6050为核心芯片加之高速马达及驱动电路制作一个四轴飞行器。系统首先利用6轴加速度传感器MPU6050获取飞行器状态信息；然后，处理器对数据进行分析汇总运算处理，驱动四个马达带动旋翼高速旋转产生升力，使飞行器升空飞行。
预期成果：设计并制作一个四轴飞行器，实现四轴飞行器稳定飞行。
② 拟采用的研究思路（研究方法、技术路线、可行性论证）：
1. 研究意义
四旋翼飞行器是一种体型较小、无人驾驶，能够在空中实现自主飞行并执行一定任务的飞行器。与普通飞机相比，它具有其结构简单成本低，便于维护和制造等优势。而且在军事领域可以实施战场侦查、目标定位、单位跟踪、电子干扰甚至火力支援等任务,极大地减少人员伤亡; 在民用和科技领域,可以进行重大灾害侦查、搜寻与救援工作；也可以安装多种探测设备用于火灾、虫灾监测和地质勘探中；还可以携带多种科学设备进行科学实验。
近几年来，随着科技的发展以及与四轴飞行器相关的元件成本的下降，四旋翼飞行器的小型化和商业化逐渐成为发展的重要趋势，其潜藏的巨大商业潜能也日益凸显。所以研究解决四旋翼飞行器，特别是在控制过程中的难题具有重要意义。
2. 研究方法和技术路线
（1） 系统组成
系统由主控STM32F103处理器主控，6轴加速度传感器MPU6050，电机驱动电路，无线通信电路，电源电路，调试电路等组成。6轴加速度传感器MPU6050用来实时获取飞行器状态信息；STM32F103处理器数据进行分析汇总运算处理，控制驱动电路驱动四个马达带动旋翼高速旋转产生升力，使飞行器升空飞行。
（2） 系统结构框图

（3） 毕业设计的过程
第一步，确定设计方案，需要有方案比较的内容；
STM32处理器价格便宜，6轴加速度传感器MPU6050集成度高，所以采用此方案。
第二步，关键技术问题如何解决（这个要重点阐述！）；
飞行器状态信息的测量：STM32F103驱动6轴加速度传感器MPU6050，编写程序获得飞行器的状态信息。程序设计采用C语言完成，控制流程包括初始化、发送转换命令和数据采集命令。
测量数据处理：利用STM32F103的高速运算速度，处理由6轴加速度传感器MPU6050传送来的状态信息，通过数据运算处理，输出不同的PWM波形驱动高速马达带动旋翼高速旋转产生升力，采用数值运算的软件程序设计方法。使四轴飞行器可以实现稳定飞行。
第三步，后续改进完善的思路。
3. 可行性论证
近年来，四旋翼飞行器技术已经趋于成熟，从提供动力的无刷电机驱动控制到四旋翼飞行器的平衡控制都有许多优良的算法，并且关键元器件的成本也越来越低，为我们研究飞行器提供了客观条件。
最近一段时间，本人也搜集了一些资料，学习了一些四轴飞行器的硬件电路及控制方法，只要硬件设计合适，算法可靠，设计一个可以飞行的四轴飞行器可行。
③ 现有工作基础（毕业实习、资料收集情况及空间设备仪器条件等）：
专业实验室现有的计算机、单片机开发板和相关调试设备充足，且运行状态良好，便于后期电路的调试和测试；相关参考资料已经购买或从图书馆借阅；此外，后期器件的采购和PCB电路的加工已经连续了厂家，货源有保障。
④ 主要参考文献目录及文献综述：
[] 李尧. 四旋翼飞行器控制系统设计[D]. 大连：大连理工大学，2013.
[2] 姜强. 四旋翼无人飞行器航模自动驾驶仪设计与实现[D]. 成都：电子科技大学，2013.
[3] 乔维维. 四旋翼飞行器飞行控制系统研究与仿真[D]. 太原：中北大学，2012.
[4] Invensense. ITG-3200 Product Specification[Z]. Sunnyvale: Invensense, 2010
[5] ST. LIS3VDQ [Z]. Switzerland: ST, 2005
[6] 秦勇, 赵杰，王晓宁. 基于椭圆拟合误差补偿算法的数字磁罗盘[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学机器人研究所，2009
[7] ST. LIS3LV02DQ[Z]. Switzerland: ST, 2009
[8] zouchangjun.FREERTOS实时内核实用指南[Z]. 出版地不详，出版者不详，2009
[9] 秦永元. 惯性导航[M]. 北京: 科学出版社，2006，287-389
[10] David H. Titterton Jobn L. Weston. 捷连惯性导航技术[M]. 北京:国防工业出版社，2007，12-40
[11] Jay Esfandyari, Roberto De Nuccio, Gang Xu. MEMS陀螺仪技术简介[Z]. Switzerland: ST, 2011
[12] 宋丽君，秦永元. MEMS加速度计的六位置测试法[D]. 西安：西北工业大学，2009
[13] J. X. Shen, K. J. Tseng. Analyses and compensation of rotor position detection error in sensor-less PM brushless DC motor drives[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2003, 18(1): 88~91.
[14] 王广雄.1992.控制系统设计[M].宇航出版社.
[15] 王彤.1995.PC 机在测量和控制中的应用[M].哈尔滨工业大学出版社.
[16] Kiam Heong Ang, Gregory Chong, Student Member, IEEE, and Yun Li, Member, IEEE. PID Control System Analysis, Design,and Technology[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion,2005,13(4):559~574.
[17] E. Altug, J. P. Ostrowski, and R. Mahony. Control of a Quadrotor helicopter using visual feedback[J]. IEEE Trans. on Robotics and Automation. 2002: 72-77
⑤ 工作计划：
起止日期
主要任务
工作地点
检查方式
2015年 月 日- 月 日
资料整理、撰写论文
校内
现场检查
2015年 月 日- 月 日
完成初稿
校内
现场检查
2015年 月 日- 月 日
修改、定稿
校内
现场检查
2015年 月 日- 月 日
答辩
校内
现场检查
⑥ 指导教师或指导小组评价（题目、工作要点、方法、进度及准备情况）：

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指导教师（签名）： 年 月 日
⑦ 学生开题报告的评审意见（是否同意进入毕业论文或毕业设计撰写阶段）：

教学系主任（签字）： 年 月 日

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