摘要：四轴飞行器具有VTOL（垂直起飞和着陆）飞行器的所有优点且有在低空中和狭窄空间内飞行和执行任务的能力，因此，四轴飞行器拥有着很大的潜力。四轴飞行器可以在短距离内执行特殊任务，获得有效的信息。在军用方面，可支持现代电子战，并且可以使用现代战争模型，如通信中继等。在民用方面，可用于灾后搜救，城市交通巡逻以及在大型化学工业场所，高压输电线路，水坝和桥梁这种人工安全巡逻可能存在一些问题的场所。正因为如此广泛的应用，四轴飞行器吸引了许多研究人员的关注，并且成为了世界各地的研究热点。本次设计的飞行器系统主要是为了完成前、后、左、右、上、下、左旋转和右旋转等基本功能，再此基础上，增加摄像头模块来采集图像，通过WIFI传输显示在手机屏幕中。

所以，此次设计涉及了硬件原理图的制作、飞行器硬件的选用、姿态的检测及其解算、PID的控制以及信号的传输等方面。

关键词：四轴飞行器  PID控制  PWM  MPU9250

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 四轴飞行器发展情况-1

1.3 研究内容-2

1.3.1 硬件部分-2

1.3.2 软件部分-2

1.4论文框架结构图-3

1.5 小结-3

第二章 方案设计-4

2.1总体方案设计-4

2.2飞行器的模式选用-5

2.3程序流程介绍-5

2.4小结-5

第三章 系统硬件部分设计-6

3.1四轴飞行器主体部分-6

3.1.1 飞控主体框架-6

3.1.2 电机及螺旋桨的选用-7

3.1.3电机驱动的设计-7

3.1.4电池的选用-8

3.1.5 传感器接口的设计-8

3.1.6无线通信接口的设计-10

3.1.7 摄像头模块的选用-11

3.1.8飞控MCU接口的设计-11

3.2四轴飞行器遥控部分-12

3.2.1 遥控系统框架-12

3.2.2遥控器的设计-13

3.2.3 OLED接口的设计-13

3.2.4 通信模块接口的设计-14

3.2.5 摇杆接口的设计-15

3.2.6 LED 和蜂鸣器接口的设计-16

3.2.7 电源及USB接口的设计-16

3.2.8 下载接口的设计-17

3.2.9 遥控MCU接口的设计-18

3.3小结-18

第四章 系统软件部分设计-19

4.1 姿态检测及解算-19

4.1.1姿态角-19

4.1.2 欧拉角-19

4.1.3四元数-19

4.1.4姿态的解算-20

4.2  PID控制-20

4.2.1四轴飞行器运动控制的基本原理-20

4.2.2 PID控制理论-21

4.2.3 角度环PID及角速度环PID-22

4.3 小结-24

第五章 四轴飞行器的调试-25

5.1修改程序代码-25

5.2搭建测试平台-25

5.3连接上位机调试-26

5.4内环俯仰角和翻滚角的P的调试-27

5.5内环俯仰角和翻滚角的D的调试-27

5.6外环俯仰角和翻滚角的P的调试-27

5.7内环偏航角的PID的调试-28

5.8外环偏航角的PID的调试-28

5.9调试结果-29

5.10 小结-29

第六章 论文总结-30

参考文献-31

致谢-33

附录1飞行器原理图；-34

附件2遥控器原理图；-36

附录3 部分控制程序；-37