四旋翼無人機(jī)技術(shù)原理解讀（通訊方式）

目前發(fā)現(xiàn)國內(nèi)正兒八經(jīng)機(jī)器人、無人機(jī)并且還能活躍地上網(wǎng)關(guān)注行業(yè)前沿動向、熱愛寫科普文章的研究人員原來越少。因此所有的研究回答里都沒有人真正說明白無人機(jī)到底是什么，而理解無人機(jī)到底是什么才是回答這個問題的先決條件。

什么是無人機(jī)

首先，無人機(jī)就是不載人的飛行器，而說到飛行器，通常我們又可以把飛行器分為三類。

1、固定翼(fixed wing)。平時坐的波音747空客A380，還有F-16殲-15之類的都是固定翼飛機(jī)。顧名思義就是翅膀形狀固定，靠流過機(jī)翼的風(fēng)提供升力。動力系統(tǒng)包括槳和助推發(fā)動機(jī)。固定翼根據(jù)機(jī)翼尺寸的不同還有很多小的分類，在此不細(xì)說。固定翼飛行器的優(yōu)點(diǎn)是在三類飛行器里續(xù)航時間最長、飛行效率最高、載荷最大，缺點(diǎn)是起飛的時候必須要助跑，降落的時候必須要滑行。

2、直升機(jī)(helicopter)。特點(diǎn)是靠一個或者兩個主旋翼提供升力。如果只有一個主旋翼的話，還必須要有一個小的尾翼抵消主旋翼產(chǎn)生的自旋力。為了能往前后左右飛，主旋翼有極其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過控制旋翼槳面的變化來調(diào)整升力的方向。動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)、整套復(fù)雜的槳調(diào)節(jié)系統(tǒng)、槳。直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以垂直起降，續(xù)航時間比較中庸，載荷也比較中庸。缺點(diǎn)是極其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了比較高的維護(hù)成本。

3、多旋翼(multi-rotor)。四個或者更多個旋翼的直升機(jī)，也能垂直起降，但是通常只有直升機(jī)叫直升機(jī)，多旋翼就叫多旋翼，而不叫多旋翼直升機(jī)。四旋翼特別叫做quadrotor。多旋翼機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單，動力系統(tǒng)只需要電機(jī)直接連槳就行。下圖是直升機(jī)的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，再下圖是多旋翼的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。不懂機(jī)械的人也能看出多旋翼簡單得多。多旋翼的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械簡單，能垂直起降，缺點(diǎn)是續(xù)航時間最短，載荷也最小。

今天來給大家介紹下四旋翼無人機(jī)，看看怎么是真正的技術(shù)，吼吼吼......

1.i2c通信方式；

因?yàn)槲也皇菍W(xué)電類專業(yè)，最開始對i2c這些是沒有一點(diǎn)概念，最后通過Google了解了一些原理，然后發(fā)現(xiàn)STM32的開發(fā)庫是帶有i2c通信的相關(guān)函數(shù)的，但是我最后還是沒有用這些函數(shù)。

我通過GPIO模擬i2c,這樣也能獲得mpu6050的數(shù)據(jù)，雖然代碼多了一些，但是比較好的理解i2c的原理。

STM32庫實(shí)現(xiàn)的模擬i2c代碼（注釋好像因?yàn)榫幋a問題跪了）：

2.PID控制算法；

由于簡單的線性控制不可能滿足四軸飛行器這個靈敏的系統(tǒng)，引入PID控制器來更好的糾正系統(tǒng)。

簡介：PID實(shí)指“比例proportional”、“積分integral”、“微分derivative”，這三項(xiàng)構(gòu)成PID基本要素。每一項(xiàng)完成不同任務(wù)，對系統(tǒng)功能產(chǎn)生不同的影響。

以Pitch為例：

error為期望角減去實(shí)時角度得到的誤差；

iState為積分i參數(shù)對應(yīng)累積過去時間里的誤差總和；

if語句限定iState范圍，繁殖修正過度；

微分d參數(shù)為當(dāng)前姿態(tài)減去上次姿態(tài)，估算當(dāng)前速度（瞬間速度）；

總調(diào)整量為p,i,d三者之和；

這樣，P代表控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，越大，響應(yīng)越快。

I，用來累積過去時間內(nèi)的誤差，修正P無法達(dá)到的期望姿態(tài)值（靜差）；

D，加強(qiáng)對機(jī)體變化的快速響應(yīng)，對P有抑制作用。

PID各參數(shù)的整定需要綜合考慮控制系統(tǒng)的各個方面，才能達(dá)到最佳效果。

輸出PWM信號：

PID計(jì)算完成之后，便可以通過STM32自帶的定時資源很容易的調(diào)制出四路pwm信號，采用的電調(diào)pwm格式為50Hz，高電平持續(xù)時間0.5ms-2.5ms；

我以1.0ms-2.0ms為每個電機(jī)的油門行程，這樣，1ms的寬度均勻的對應(yīng)電調(diào)的從最低到最高轉(zhuǎn)速。

至此，一個用stm32和mpu6050搭建的飛控系統(tǒng)就算實(shí)現(xiàn)了。