简易数字控制四轴飞行器的设计探讨

谭炫

【摘要】 由于经济的发展要求随着时代的发展而不断提高，四轴飞行器的设计也做出了更高的要求，希望能够以低成本完成高质量的设计。全文通过对简易数字控制四轴飞行器工作原理的探讨作为切入点，从程序设计、控制电路设计、电源设计和通信设计四个方面对四轴飞行器的设计做出了初步探讨。最终经过实践论证，该设计可行性得到了有效保障。

【关键词】 数字控制 四轴飞行器 设计

引言

近些年，随着科学技术与控制技术的不断成熟，简易数字控制四轴飞行器的配件价格也不断得到调整。然而为了保障低成本之下的四轴飞行器质量能够得到有效控制，这就需要我们对于四轴飞行器的设计与时俱进，在成本控制范围内完成最大的效益。同时。四轴飞行器本身简单的结构、轻便的体型以及较低的价格使其被广泛应用于民用行业。如高空航拍、低空侦察、灾害搜救等具体行业对于四轴飞行器的需求也不低，同时新兴经济的发展也为四轴飞行器带出了更广阔的需求。所以，简易数字控制四轴飞行器的设计需要进一步的完善与更新。

一、四轴飞行器的工作原理

首先，传统的四轴飞行器采用的是十字机架模式，而在飞行器的选择过程中，会出现一个电机在前方、另一个电机在后方或者两个电机在前、两个电机在后两种不同模式的选择。前者虽然在飞行器的方向选择和机器后续计算方面比较方便，但在实际控制中难度较高。而如果为了保障飞行器的稳定性，则后一种飞行器模式比较符合，但是在控制上仍不如前者简便。本文以第二种飞行器模式做出了一定的探讨.

二、四轴飞行器的设计探讨

2.1程序设计

作为四轴飞行器的核心部分，软件的质量直接决定了四轴飞行器可操作性的高低，因此，在四轴飞行器的设计中必须体现出程序设计的核心地位。总体而言，在程序的编写上必须要从飞行器的整体设计为着眼点，进而落实每一处细节，从而使整个程序具备高度的稳定可靠性。同时，四轴飞行器在实际工作中主要以数据采集、数据处理、电机控制以及通信四个部分为中心。因此，为保障不同的程序任务得到有序的调整，就需要在设计中加入定时器的部分，协助主循环完成任务判断与实际处理。

2.2控制电路设计

由于简易的数字控制四轴飞行器对悬停、前后运动、左右运动以及翻滚等飞行要求不高，所以就要求在设计中要更加注重控制芯片的性价比考量。因为倘若选择价格较高的控制芯片就会显得大材小用，导致整个飞行器的价格过高，性价比下降。反之，选择价格较低的控制芯片，则无法保障飞行器的整体设计要求，影响飞行器的整体质量。因此，在处理器的选择上只要尽可能满足以下三点要求即可。第一要求具备组后的存储容量以支持四元素融合算法的运作。第二，控制器需要同时具备PWM功能以及捕获功能。最后要求控制器具有良好的串口通信功能以满足飞行器的整体设计要求。

2.3电源设计

作为飞行器的动力部分，对电源的设计选择极为重要。首先，由于四轴飞行器的主控芯片以及传感器等各个主要部分都具有不同的电压宽度，为保障四轴飞行器的整体运行效果，就需要满足不同的零件部位的不同电压需求。因此，出于对飞行器的整体考虑本课题主要采用3.3V设计电路，同时虽然电机驱机采用 3.7V电压，但需要使用 5V 电压完成充电，从而在对使用中的3.7V的锂电池进行充电时就需要进行电压幅度的转化。因此，在电源的选择方面需要满足飞行器对于电力不得同要求，保障飞行器的电力控制在实际运行以及充电过程中达到一致。

2.4通信设计

四轴飞行器在飞行过程中主要受遥控端控制，并且能够根据遥控端的实际控制做出不同的反应，因此，四轴飞行器的设计中需要对通信设计这一部分进行控制。四轴飞行器与遥控端的通信主要以无线通信为主，因此在飞行器设计中需要加入对无线通信电路的设计。同时，通信电路设计主要是以保障通信的畅通性为主要目的。

三、结语

本文在考量了STM8的简易数字控制四轴飞行器的基础之上，对进一步的四轴飞行器设计做出了探究。在硬件电路设计方面主要探求了控制电路、电机驱动电路以及无线通信电路三部分的设计思路，为整个飞行器设计提出了可行性较强的建议。

同时，为保障飞行角度能够得到精确的控制，本文建议软件算法上采用四元素姿态算法。所有的探究都旨在保障整个简易数字控制四轴飞行器的高性能以达到各个阶层使用者的要求。

参 考 文 献

[1]张国云，李亚斌，陈松，罗民，涂兵，彭仕玉. 简易数字控制四轴飞行器的设计与实现[J]. 微型机与应用，2016，06：94-97.

[2]周亮亮，汪列隆，张倩. 基于STM32的四轴飞行器设计[J]. 赤峰学院学报（自然科学版），2016，13：32-34.