（定稿）肥乡长安商贸城项目投资立项申报书6（喜欢就下吧）

四旋翼无人机模型分析图为各个姿态角的闭环阶跃响应曲线。

时间幅值各姿态角阶跃响应曲线航向角俯仰角滚转角图姿态角阶跃响应曲线由跃响应曲线可以看出，四旋翼无人机的各姿态角的闭环性能很差。

另外，上图中各姿态角的震荡周期与转动惯量有关，转动惯量越大，周期越大。

因此有必要设计控制器来控制各姿态角，使系统性能满足要求。

采用临界比例度法设计如表所示参数。

采用控制之后，各姿态角的阶跃响应如图所示表各姿态通道控制器参数的值通道俯仰滚转航向时间幅值姿态角控制阶跃响应俯仰角滚转角航向角图姿态角控制效果小结本章首先介绍了四旋翼无人直升机的建模方法，并对四旋翼无人直升机模型的些参数进行辨识。

接下来在平台上搭建四旋翼无人直升机的系统仿真模型。

在本章的最后设计了最常用的控制器来控制系统的姿态角。

从仿真图像上看出，本章设计的控制器可以实现对姿态角控制，改善了系统系能。

软件系统设计引言控制系统软件共分为六个模块系统初始化模块传感器数据采集模块数据处理模块导航模块控制模块和无线通讯模块。

本章主要内容是软件系统的设计与实现，在总流程之后分别介绍各子模块的功能和实现方法。

软件系统总流程四旋翼无人直升机的软件系统的总流程如下图所示开始系统初始化自检测试传感器数据测试电机的状态循环发送各种数据半分钟时间到否正常是否自动导航解算高度姿态控制结束是否手动控制是结束否中断处理中断处理数字罗盘数据周期中断改变声纳触发口电平无线接收中断提取控制指令中断采样值存储中断提取声纳高电平时间图软件系统总流程图由上图可以看出，整个软件系统分为主流程和中断处理两部分。

中断处理部分的作用是解决低速外设和高速之间的通信问题。

主流程负责整个系统各部分的协调工作上电之后，系统进行初始化自检。

如果系统各器件工作正常，则判断飞行模式，如果选择手动控制，则导航解算和自动控制程序将不执行。

若是选择自动飞行，系统根据控制目标，自动完成飞行动作。

图所示的流程图与小结中的软件总体各个软件模块是相对应的。

其中系统初始化自检操作是由系统初始化模块传感器数据采集模块和无线通信模块共同完成导航解算操作由导航模块完成高度姿态控制是由控制模块完成中断处理部分由传感器数据采集模块和控制模块共同完成。

系统初始化自检模块整个控制器只采用单片进行数据采集处理和飞行控制。

因此，对性能要求比较高，同时要合理利用的系统资源。

软件系统初始化软件初始化操作包含以下几方面头文件引用系统全局变量定义及初始化函数的声明等。

硬件系统初始化硬件系统初始化包括外设的启动与寄存器配置中断设置等等。

另外对于硬件系统初始化应该有以下四点注意事项硬件系统初始化必须按照定的顺序进行，如果顺序不当，硬件系统有可能工作不正常。

如图所示，般硬件初始化步骤如下初始化系统控制包括锁相环看门狗和外设时钟等初始化关全局中断④初始化中断控制寄存器清除中断标志寄存器和中断使能寄存器初始化中断向量表开中断初始化外设使能中断和中断⑩使能全局中断详细信息可参考相关文献或者官方的例程。

图硬件系统初始化流程图系统暂时使用不到的外设，比如本文未使用的外设有接口接口和口等，都可以在硬件系统初始化时关闭相应的外设时钟，以降低功耗。

这点常常被般开发者忽略。

如果采用官方提供的软件系统框架编写程序。

在使用烧写时，应避免使用文件中的汇编函数如，因为这些函数是专门为编写的，和的内存分配方式不同，运行该汇编程序会使程序跑飞，跳到个未知的内存地址。

采用三级中断机制，分别为外设级级和级。

系统初始化的时候应该正确设置各级中断，否则有可能不能进入中断服务子程序。

比如本文使用的中断，在外设级中应当将寄存器的置在级中，将使能寄存器的位置在级中，开启第组中断。

不同功能模块都要使用的外设，应该只初始化次，否则有可能造成误操作。

如的中断触发源是模块的时基，同时模块负责驱动两路直流电机。

因此对于的设置和修改需要谨慎，否则有可能造成。

数据采集模块和无线通信模块第三章介绍了控制系统选用的各种传感器，由于每种传感器的传输速度通信方式和工作原理都各不相同。

因此在采集相关数据时的操作也并不样。

般情况下，响应外设的方式有中断和查询两种。

的系统频率可以达到上百兆赫兹，远远超过了般传感器的速度。

所以，为了保证控制系统的实时性，采用查询方式是不切实际的。

因此，对于信号的采集全都使用中断方式。

当没有中断发生时，系统可以正常运行导航数据处理等程序。

中断到来之后，保存断点，执行中断操作执行完毕，重新载入断点，继续运行刚才的程序。

数字罗盘信息采集无线通讯模块是控制器和其他设备通讯的途径。

由第三章相关内容可知，无线模块和数字罗盘都采用接口通信。

由图可知，两个器件都是采用中断方式读取数据的原理是相同的。

由参考文献可知，数字罗盘上电后会自动发送数据形式如下的码字符串，，，，其中发送的数据分别表示航向角，俯仰角，滚转角。

数据之间以逗号隔开，另外还注意到信息精确到小数点后位。

根据以上数据的特点，可以通过检验相应的标志如逗号进行姿态信息提取。

统中编写如下图所示的高效的串口接收中断服务子程序。

在到之间，接收标志置位数组最后位写更新姿数组设置相应寄存器退中断服务子程序进入串口接收中断接收到字符给写入字符数组否否否否否否是是是是是是图数字罗盘中断服务子程序流程图在中断服务子程序中，除了读到小数点之外，每进入次中断都会执行多种有效地操作，可以实现数据的边接收边运算的功能，提高了效率。

为了提高响应速度，中断服务子程序的要求尽量短小，以免影响其他程序的执行。

从图中可以看出，判断的值之后，最长的操作只有步，对系统的影响比较小。

高度声纳的信息获取小节介绍了高度声纳的工作原理，因此只有获取声纳返回高电平的时间，才能求出声纳到地面或者障碍物之间的距离。

的增强捕捉单元可以捕捉引脚上电平的跳变，然后将捕捉的计数器的值锁存起来。

增强捕捉单元在系统频率情况下，位时基精度达到为。

软件实现中，为了提捕捉能提供高灵敏度。

电传感器可分为两大类。

变参数型，包括电阻式电容式自感应式互感应式这些传感器的工作依靠外部电压。

自激型，包括电磁式热电式光栅式压电式。

这些传感器根据测量输入值产生输出电压，而且这过程是可逆的。

比如，在般情况下，压电式传感器可根据晶体材料的变形产生个输出电压但是，如果在材料上施加个可变电压，传感器可以通过变形或与变电压同频率的振动来体现可逆效应。

电阻式传感器电阻式传感器可以分为两大类那些表现为大电阻变化的物理量可通过分压方式进行测量，电位器就属于此类。

那些表现为小电阻变化的物理量可通过桥电路方式进行测量，这类包括应变仪和电阻温度计。

电位器绕线式电位器由许多绕在非导体骨架的电阻丝以及滑行在线圈上的触头组成。

结构原理如图，触头能够转动直线式运动或者两运动合成的螺旋式运动。

如果测量设备的电阻比电位器的电阻大，那么电压既可以是交流也可以是直流，且输出电压与输入运动成正比。

这样的电位器存在着分辨率和电子噪声的问题。

分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量，分辨率大小取决于线圈与滑动触头围成的面积。

因此，输出电压为触头从端移到另端时系列阶跃。

电子噪声可以通过接触电阻的振动触头摩擦形成的机械磨损以及从敏感元件传出的触头振动产生。

另外，测得的运动量可以通过惯性和电位器中移动元件的摩擦获得较大的机械载荷。

触头表面的磨损将电位器的寿命限制为多少转。

通常指的是生产商在说明书中提及的寿命转数，个典型值为转。

空载电位器电路的输出电压由下式决定设电阻，其中为输入位移，为最大可能位移，为电位器的电阻。

那么输入电压上式表明，对于空载电位器输出电压和输入位移呈直线关系。

通过提高激励电压可以获得高的灵敏度。

但是，的最大值由电位器线圈金属丝的功率损耗决定，即。

电阻应变仪电阻应变仪是由机械应变产生电阻变化的传感器。

它们可以是耦合的或者非耦合的。

耦合应变仪运用黏合剂可将应变仪与被检测的结构或部件的表面粘合或粘牢。

耦合应变仪分为粘合在绝缘纸背后的金属细丝仪在环氧树脂上粘贴导电箔片的光栅在环氧树脂上粘贴铜或镍的半导体丝电阻应变仪可作为单个元件仅在个方向测量应力，或者几个元件的组合体可在几个方向同时进行测量。

非耦合应变仪典型应变仪表明细电阻丝在悬臂弹簧偏差作用下改变电阻丝张力进而改变电阻丝的阻值。

商业上通常在力负载压力传感器上运用此方法。

电阻温度传感器此传感器的材料有以下两大类金属如铂铜钨镍的阻值会随着温度的升高而增大，即有个正温度电阻系数。

半导体，如用锰钴铬或镍的氧化物制成的电热调节器，其阻值变化与温度变化存在个非线性关系，即通常有个负温度电阻系数。

金属电阻温度传感器在窄温度变化范围内，此类传感器取决于以下关系式中，阻抗系数，为时的电阻电热调节器半导体电阻温度传感器电热调节器为感温电阻器，其阻值变化与温度变化呈非线性关系。

通常此类传感器有负温度系数。

对，，，边坡土体的入渗率时，雨水对边坡的危害主要表现在两个方面是土坡浅层迅速达到饱和，坡面形成被归为电阻式位移传感器。

的分类如压力波纹管高机内部结构图上图中为电机模块，输入输出量为电机的电压和转速为电机的扭矩模块为旋翼推力模块为机体坐标系推力与导航坐标系推力转换模块是四旋翼无人直升机直线运动模块是直升机转动模块。

四旋翼无人机模型分析图为各个姿态角的闭环阶跃响应曲线。

时间幅值各姿态角阶跃响应曲线航向角俯仰角滚转角图姿态角阶跃响应曲线由跃响应曲线可以看出，四旋翼无人机的各姿态角的闭环性能很差。

另外，上图中各姿态角的震荡周期与转动惯量有关，转动惯量越大，周期越大。

因此有必要设计控制器来控制各姿态角，使系统性能满足要求。

采用临界比例度法设计如表所示参数。

采用控制之后，各姿态角的阶跃响应如图所示表各姿态通道控制器参数的值通道俯仰滚转航向时间幅值姿态角控制阶跃响应俯仰角滚转角航向角图姿态角控制效果小结本章首先介绍了四旋翼无人直升机的建模方法，并对四旋翼无人直升机模型的些参数进行辨识。

接下来在平台上搭建四旋翼无人直升机的系统仿真模型。

在本章的最后设计了最常用的控制器来控制系统的姿态角。

从仿真图像上看出，本章设计的控制器可以实现对姿态角控制，改善了系统系能。

软件系统设计引言控制系统软件共分为六个模块系统初始化模块传感器数据采集模块数据处理模块导航模块控制模块和无线通讯模块。

本章主要内容是软件系统的设计与实现，在总流程之后分别介绍各子模块的功能和实现方法。

软件系统总流程四旋翼无人直升机的软件系统的总流程如下图所示开始系统初始化自检测试传感器数据测试电机的状态循环发送各种数据半分钟时间到否正常是否自动导航解算高度姿态控制结束是否手动控制是结束否中断处理中断处理数字罗盘数据周期中断改变声纳触发口电平无线接收中断提取控制指令中断采样值存储中断提取声纳高电平时间图软件系统总流程图由上图可以看出，整个软件系统分为主流程和中断处理两部分。

中断处理部分的作用是解决低速外设和高速之间的通信问题。

主流程负责整个系统各部分的协调工作上电之后，系统进行初始化自检。

如果系统各器件工作正常，则判断飞行模式，如果选择手动控制，则导航解算和自动控制程序将不执行。

若是选择自动飞行，系统根据控制目标，自动完成飞行动作。

图所示的流程图与小结中的软件总体各个软件模块是相对应的。

其中系统初始化自检操作是由系统初始化模块传感器数据采集模块和无线通信模块共同完成导航解算操作由导航模块完成高度姿态控制是由控制模块完成中断处理部分由传感器数据采集模块和控制模块共同完成。

系统初始化自检模块整个控制器只采用单片进行数据采集处理和飞行控制。

因此，对性能要求比较高，同时要合理利用的系统资源。

软件系统初始化软件初始化操作包含以下几方面头文件引用系统全局变量定义及初始化函数的声明等。

硬件系统初始化硬件系统初始化包括外设的启动与寄存器配置中断设置等等。

另外对于硬件系统初始化应该有以下四点注意事项硬件系统初始化必须按照定的顺序进行，如果顺序不当，硬件系统有可能工作不正常。

如图所示，般硬件初始化步骤如下初始化系统控制包括锁相环看门狗和外设时钟等初始化关全局中断④初始化中