基于ARM內核單片機的四旋翼直升機飛行控制系統設計

2．2．2 超聲波傳感器
用于測量高度的超聲波傳感器采用SensComp公司的615088傳感器，它具有兩種模式：觸發測距模式和5 Hz自動測距模式。測量范圍：0．15～10．7 m，測量精度：0．1％。
STM32采用捕獲中斷方式測得超聲波發送的邊沿跳變信號與經障礙物反射回來的超聲波邊沿跳變信號，做差換算得到超聲波模塊與障礙物的距離。實測在0．2～10 m范圍內的距離，其測距誤差不超過0.1％，滿足四旋翼飛行器飛行的精度要求。
2．2．3 無線數傳模塊
本設計方案所選用的無線數據傳輸模塊有TTL、RS232、RS485 3種接口，同時配有USB轉，TTL模塊，在開闊地的傳輸距離可達800 m。飛控系統主控芯片通過無線數據傳輸模塊與上位PC機進行通信，傳送由傳感器獲得的飛行數據到上位PC機以實時監測飛行狀態，同時上位PC機也可以向飛行器傳送飛行控制指令及相關參數。
2．2．4 PWM信號的采集與輸出
由于四旋翼飛行器的飛行完全依靠四個電機的轉速變化來控制，其不同于固定翼飛機的是滾轉、俯仰、偏航以及油門通道均需要通過4個電機聯動才能實現對四旋翼飛行器的控制。因此，需要在油門通道控制信號的基礎上疊加其余3個通道信號，混控合成之后的四路信號分別輸出至4個電子調速器對各個電機加以控制。
根據四旋翼姿態控制的原理，定義4個電機序號以及機體軸系如圖5所示。

根據上述分析，電機控制信號混控公式如式(1)所示：

其中△φ=φ-φmid，△θ=θ-θmid，△ψ=ψ-ψmid。M1，M2，M3，M4分別表示電機1～電機4的控制信號，T表示油門通道控制信號，φ表示滾轉通道控制信號，θ表示俯仰通道控制信號，ψ表示偏航通道控制信號，φmid、θmid、ψmid分別表示滾轉、俯仰、偏航通道控制信號的中立值。