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华南理工大学波音航空俱乐部支持项目 申报书 学 院： 自动化科学与工程学院 项目名称： 可变螺距四旋翼飞行器 项目负责人： 张三 填报时间： 2014.4 华南理工大学波音航空俱乐部 项目名称 可变螺距四旋翼飞行器 项目起止时间 2014 年 4　月 至 2015 年 4 月 负责人 姓名 年级 所在学院、专业 联系电话 E-mail 张三 11 自动化工程与科学学院xxxxxxxxxxx xxxxxxxxx@ 项目组成员 项目简介（300字左右） 近几年，多旋翼飞行器发展迅速，并且广泛应用于军事侦查和抢险救灾等方面。传统的多旋翼飞行器采用定螺距浆，机械结构简单，但因螺距固定，响应慢，抗风性差，电机输出效率低，不利于飞行器的长时间飞行，也导致飞行器载重有限，不利于航拍等发展。本项目拟参考电动直升机中可变螺距浆结构，充分吸取直升机优点，可通过改变浆的螺距来改变升力，增强了飞行器的抗风性；提高了飞行器飞行能力，得以完成更高难度飞行动作，如倒飞等；为单动力源的多旋翼飞行器提供了可能，推动了油动多旋翼飞行器的发展；提高电机输出效率，延长续航时间，载重也大大提高，为其他拓展功能奠定良好基础。 二、申请理由（包括自身具备的知识条件特长、兴趣PID及模糊控制运算 ，得到飞行器实时飞行姿态，通过计算后输出舵机控制信号，舵机改变四个螺旋桨的螺距，从而改变四个螺旋桨产生的升力，从而形成闭环反馈系统，使飞行器稳定地按所得到的遥控指令飞行。同时也通过无线数据传输模块将飞行器上的实时飞行信息等传回地面站，方便及时了解飞行器飞行情况，有利于调试。项目整体方案构造如下图所示： 2.系统各模块方案： 主控芯片：本项目拟采用意法半导体公司的32 位微处理器stm32作为主控制器, 它是专门为微控制系统、工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域而设计的，具有高性能、低功耗、低成本的优点，且ST公司提供丰富的库函数，大大减小了开发项目的难度。芯片型号为增强型系列的STM32F103VET6，它引脚多达100个，程序空间高达512K，且外设丰富，满足项目的需求。 姿态检测传感器模块：此模块传感器主要有三轴加速度计和三轴陀螺仪。三轴加速度计采用ADI公司的ADXL345，它广泛应用于手机、医疗仪器、游戏和定点设备、工业仪器仪表及个人导航设备领域，分辨率高达13位，测量范围达±16g，数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI(3线或4线)或I2C数字接口访问。三轴陀螺仪采用ST公司的3轴数字陀螺对振动非常敏感，电机的转动和位置的转换会使加速度传感器产生很大的噪声输出量为运动加速度和重力加速度的混合数据陀螺仪及放大电路有温漂 为了得到角度，对角速度进行积分，而积分会产生累计误差，随着时间的推移，这种误差会越来越大 可通过舵机的上下运动改变螺旋桨的螺距大小。此机械结构不复杂，具备可行性。 无线传输模块：项目初期将采用nRF2401 射频模块, 它工作于2.4GHz ISM 频段, 输出功率和通信频可通过程序进行配置。该模块功耗非常低, 以- 5dBm 的功率发射时工作电流只有10.5mA, 接收时工作电流只有18mA, 外形尺寸也非常小。实际使用时其无线传输距离可达30m, 最大传输速率可达1000kbps。运用该模块可将飞行器飞行状况数据传回地面站，方便调试。后期，将根据是否具有时间及能力考虑开发或者使用现成的远距离无线传输模块，实现远距离的实时监控功能。 3.项目可行性分析： 1.固定螺距的多旋翼飞行器在国内发展多年，可在网上获取大量的资料供学习，并且有许多成功的经验可供借鉴；变螺距系统可参考直升机变螺距结构，市面上有成熟的产品可供模仿学习。并且将两者结合在理论上完全可行，且国外已有成功例子可供借鉴。 2. 项目涉及到机械、自动控制等多学科知识。而项目组成员均具备一定的单片机、机械基础知识，且成员的专业知识覆盖自动化控制系统、机械设计及制造，专业知识的互补有利于项目的开发，且在开发过程中能让学生学以致用，将理论知识应用到实践上，提高学生的综合能力。 综上，我们有信心在规定时间内完成该项目 4.项目重难点： 1.姿态检测算法。项目共同采用加速度计与陀螺仪作为姿态检测的传感器，但是要获取准确有效的飞行姿态数据，需要对陀螺仪和加速度传感器所测得的数据进行综合和校正。如果使用简单的均值滤波，很难满足精度和实时性上的要求。这就要求我们去了解和学习更为合适、有效的滤波算法 2.硬件电路设计。一方面，我们将参考国外开源项目的硬件开发经验，模仿学习其硬件电路设计；另一方面，我们将运用自身所掌握的模电、数电