多旋翼自主飞行器报告(C题).docx

全国大学生电子设计竞赛中的一道C题关注的是多旋翼自主飞行器的设计，该飞行器是一种具有四个螺旋桨的飞行设备，通常被称为四旋翼直升机。设计的核心在于实现基于ATMEGA328P和R5F100LEA微控制器的控制系统，确保飞行器在空中稳定飞行并执行特定任务。 1. 题意分析： 该设计的目标是构建一个具备自主飞行能力的四旋翼飞行器，包括姿态控制、导航、电源管理以及航拍携物等功能。通过精确控制电机转速来调整飞行器的姿态，以完成如速度控制、转向、高度检测、物体携带和空投等一系列任务。 2. 系统方案： - **飞行控制模块**：采用ATMEGA328P作为主控芯片，该芯片以其高性能和低功耗特性，负责飞行器的姿态控制。 - **导航模块**：导航模块基于G13MCU，集成了陀螺仪和声波测距传感器。通过瑞萨R5F100LEA芯片处理传感器数据，并运用PID（比例-积分-微分）控制算法来调节电机，以保持飞行稳定性。 - **电源模块**：提供持续稳定的电源供应，这对于维持飞行器的正常运行至关重要。 - **航拍携物模块**：包含了摄像头用于航拍，以及电磁铁用于物体的抓取和释放，以满足比赛中的具体操作要求。 3. 设计与论证： - **飞行控制方法**：利用微控制器接收和解析传感器数据，实时调整电机转速，从而控制飞行器的姿态。 - **PID控制算法**：是导航模块的核心，通过连续调整电机PWM（脉宽调制）信号，以减少飞行器姿态误差，实现精准控制。 - **建模参数计算**：根据飞行器的物理特性，如质量、转动惯量等，计算出控制算法所需的参数。 - **建立坐标轴计算**：确定飞行器的运动参考坐标系，以便正确解读传感器数据并做出相应的控制决策。 4. 电路设计： 电路设计包括飞行控制板的布局、电源分配、传感器接口以及电机驱动部分。每个模块的电路都需要考虑到抗干扰性、效率和可靠性，确保飞行器在复杂环境下的稳定工作。 在实际测试中，该飞行器表现出良好的性能，能够准确控制运动速度和方向，同时具备了高度检测功能，当达到预设高度时会触发报警。此外，飞行器还能携带物体飞行并在空中进行投放，体现了其多功能性和自主性。 关键词：四旋翼飞行器、PID控制、瑞萨芯片、飞行控制、导航模块、电源模块、航拍携物、电路设计。