一种新型的四旋翼飞行器设计

孙李生 赵家浩 陈骏耀 林铎 陈芬生

（佛山科学技术学院，广东 佛山 528000）

一、引言

如今，市场上的大多数无人机都可以进行WIFI连接，手机端控制和图像传输，但唯独在视觉追踪方面并不多见，而且造价高昂。对此，本项目研究了一种简单易用、形状小巧和价格相对低廉的无人机。

二、整体系统框架

该项目研究的是基于STM32F4为主控板的四旋翼无人机，其中采用STM32FX系列，Cortex-M4架构作为飞行器的主控板，同时采用STM32F1的控制芯片作为移动端遥控器的主控芯片，实现独立飞行，图像传输和视觉追踪等多项功能。

该项目主要以STM32系列的芯片为处理器，搭载无线通信模块（包含WIFI模块）、openmv摄像头、电机驱动模块、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计等组成无人机的飞控板。飞控板采集各路传感器数据，经过姿态解算出姿态，然后对比移动控制端发过来的控制命令数据，在经过PID计算出控制量，最后将控制量转换为PWM信号，再分别控制各个电机。

（一）系统的硬件模块介绍

该无人机主控MCU其内核为Cortex-M4，集成了FPU和DSP指令，并具有18KB SRAM、512KB FLASH、3个16位定时器、2个32位定位器、2个DMA控制器、5个SPI、3个IIC、16通道12位ADC、1个RTC和SDIO及多个通用IO口。主控的MCU为无人机的大脑，对无人机的稳定飞行起着关键性的作用，它同时担负着多重责任，包括：传感器数据读取、数据融合、PID控制、电机、无线和USB通信和图像传输等任务。

无人机上的主要模块及传感器

九轴传感器MPU9250 该芯片内部集成了3周加速度传感器、3周陀螺仪传感器和3轴磁力计，自带DMP并支持MPL，主要用于测量无人机的姿态数据；使用模拟的IIC通信方式。

气压传感器BMP280 该传感器同时支持温度和气压测量，温度分辨率高达0.01摄氏度,气压相对精度为0.12hpa,功耗低至2.7μΑ，与无人机的主控MCU使用模拟的IIC通信方式。

视觉处理模块采用的是Openmv摄像头，造型小巧低功耗易开发，已足够完成机器视觉应用。

（二）系统的软件流程设计

当通上电源，系统初始化后可通过无线通信方式开启飞行器。当然，可以通过飞行器上的独立按键去打开，实现飞行器的一键起飞定高。程序初始化为定高50cm，当飞行器达到当前地面的50cm的高度便会悬停在空中，等待进行下一步的命令，通过移动端打开无人家上的openmv，选定追踪目标后，无人机进入自主模式。

三、结语

本文研究了一种新型的四旋翼飞行器设计，通过摄像头标记物体，不断反馈目标物体的坐标与飞行器之间的坐标差距，实时采集分析飞控板上的各个硬件模块数据，结合PID调节，实现一键起飞定高，达到自主追踪物体的目的。