八十三年微电脑竞赛系统设计说明文件-南台科技大学.DOC

102年度全國微電腦應用系統設計製作競賽 系統設計說明文件 作品名稱：????四軸飛行器????? 參賽組別：????大專組??????? 參賽類別：第一優先：機器人、自動控制與儀表類?? 第二優先：智慧生活類??????? 第三優先：?信號處理與通訊類?? 學校名稱：???南臺科技大學??????? 科系所名稱：?電子系?????????? 指導老師：?李博明?????? 隊員姓名：?鄭嘉聖??　?劉建良??? ?蔡昆融??　??????? 注意事項：以上資料必須與網路報名填寫資料一致，如有不符，以網路報名所填寫資料為準。 目 次 項　目 頁次 ＊相關說明＊ P0-1 一、摘　　要 P1-1 二、系統架構 （硬體說明,軟體說明） P2-1 三、製作原理 P3-1 四、設計方法 P4-1 五、測試方法 P5-1 六、操作實例 （手冊） P6-1 八、隊員工作劃分 （請詳述個人工作內容） P7-1 注意事項： 以上各項說明僅供參考，文稿為A4規格，電路圖請用A3規格繪製。 實地測試時必須提供『作品簡介』（紙本四份）與『工作日誌』（紙本一份）供評審委員查核。作品簡介至多4頁，格式檔案請至競賽網站下載，工作日誌必須詳述隊員工作劃分與個人工作內容，格式不限。 文稿請以電腦繕打，否則不予受理。 P0-1 ＊相關說明* 1.與何單位之技術合作或協助研究？或曾接受何單位之經費贊助？ 2.曾引用何者之研究成果或作品等？（請詳細說明） 3.本作品如在競賽前曾經有獲獎，請加以說明。 4.就作品之創新性、完整性與可用性等加以說明。 直升機以固定巡邏的方式，能夠以機械去替代人力，並且四軸直升機能夠無視地形障礙，由空對地進行無死角攝像，既可以免除大量人力之外又能完成人力所不能集的地方。 研究問題： 1.在設計機體架構時，要考慮其重量、大小、風向等因素對機體平衡之影響 2.如何控制馬達及維持機身平衡 3.如何在有外界因素的影響下維持機身平衡(例如人為推擠或是風力的影響) 4.如何結合Arduino和Android來達成使用智慧型手機控制機體 5. Arduino 程式大多皆是參考極客工坊裡的研究結果而來，例如:濾波、PID code、mpu6050之使用方式。 濾波:/relax/archive/2012/01/14/2322290.html、Mpu6050: /thread-1017-1-1.html PID: /thread-704-1-1.html P1- 1 一、摘要 此計劃是希望做出一台可由Android手機控制之四軸直升機，由一對順時針旋轉和一對逆時針旋轉的螺旋槳組成十字型的機體型態，利用順時針與逆時針交錯的方式來達到控制馬達轉速就能控制機體的移動，再藉由陀螺儀的原理使其維持平衡。移動方式是藉由讓其中一邊的馬達轉速下降，並讓對邊的馬達轉速上升及其他兩個馬達維持相同轉速，這樣就會往轉速下降的方向移動，藉由這樣的方式達到控制前進、後退、往左移動或往右移動，如果將四個轉速同時增強就能提高飛行高度；反之，四個轉速同時減弱就能降低飛行高度。 …等)，在添加電源上之後，能夠像直升機一樣停懸於半空中，並且因著陀螺儀來小幅度修正機身的平衡。在Android手機程式方面，能夠通過手機藉由AP分享器來連上機身上的WiFi模板，並藉WiFi來傳遞信號控制馬達的轉速進而達到控制機身前後左右的功能。 簡單而言，就是運用智慧型手機上的APP程式來達到控制機身的目的，並且系統本身能夠自主修正平衡相關的各種數值。 P2- 1 二、系統架構（硬體說明、軟體說明） 硬體架構圖: 軟體說明: 首先取得MPU6050的加速度及角速度的數值，之後利用簡單的算式將數值轉換成角度，之後可能會因為受到外在因素的干擾而造成角度的錯誤，因此加上了卡爾曼濾波使角度能處於較穩定的狀態，在將濾波後的角度進行PID控制系統的計算來得到所需要平衡的輸出值；再來試手機控制的部分，如果有接收到手機控制的訊息就切換到控制模式，如果沒有訊息則維持在平衡狀態。 P3- 1 三、製作原理 四軸飛行器的四個螺旋槳必須為兩對正反槳，正槳及反槳皆要對角，這是為了避免水平力量造成飛行器自旋。將手機的資訊藉由Wifi傳遞給Arduino後，將控制訊號輸出給電變以控制無刷馬達。 P4- 1 四、設計方法 在還未開始製作實體本身之前，我們小組先運用繪圖軟體Blender來模擬繪製機身，使我們能夠在還未開始製作機身之前將預先發現的問題解決，並且能夠事先了解製作機身會需要運用到什麼材料。 之後，我們使用了CNC來刻製機身，將我們所要的機身及各部位的零件製作完成，並且依照在測試時所發現的問題去刻製所需要的零件(