科技创新报告.doc

PAGE PAGE 28 大学生科技创新活动报告 项 目 名 称：基于AT89s52单片机的四浆飞行器的自动巡航设计 项 目 成 员： 吴科（20090417225） 宁季国（20090417217） 熊先勇（20090417226） 所 在 院 系： 自 动 控 制 与 机 械 工 程 系 专 业 班 级： 09电气（2）班 指 导 教 师： 冯维杰 徐东霞 王玮 基于AT89S52单片机的四浆飞行器的自动巡航设计 摘要 本课题主要通过利用已有的相关技术，初步设计四桨碟形飞行器的自动巡航。目前大多数四浆飞行器都是遥控型的，还未有自动巡航的出现。该产品可用于航模比赛，商业用于高端玩具生产等。 本文基于四桨碟形飞行器用AT89S52微处理器使其具有自动巡航能。首先，介绍了目前国内外对碟形飞行器的发展状况和本课题的研究内容;其次介绍微处理器怎样控制飞行器的姿态实现自动巡航。最后对本项目做了简要的总结和展望。 本飞行器采用51系列单片机进行控制，采用C语言编程。整个控制系统包括电源模块、超声波测距模块、电机驱动模块及微处理器模块等。本课题基于四浆已有的相关技术来实现自动巡航。 引言 1 背景 飞行控制方式主要有：遥控飞行、自主飞行、半自主飞行三种方式。为自主飞行控制系统的研究打下基础。美国Sikorsky 公司研制的Cypher无人共轴式碟形飞行器可以垂直起降，能够悬停，既可以按照地面的指示飞行，又可以脱离地面的指令自主飞行，它综合了一系列先进技术。目前最常见的是遥控的四浆飞行器。美、日等国对四桨碟形飞行器的研究相对比较成熟。 2 意义 自动巡航飞行器是通过写程序到微控制器里面。四桨按照你的程序飞行。 在这样的前提下我们就能实现一些我们无法轻松做到的地方的信号采集，在太空就可以无需我们亲自去查看。 如果我们在商业上也有很好的前途。可以更好的替代原来的遥控四桨飞行器。 也许就需我们启动开关飞行器就能完成我们想要的动作或需求。 3目的 通过前人的经验及自己的实践、思考设计出自动巡航的模型飞行器。由于四浆自动巡航飞行器飞行稳定且飞行初步自动化，所以具有较高的研究和应用价值，可用于侦察监视、通信中继及太空探测等。 一 科技创新思路，方法，原理及技术路线 （一） 硬件简述 该飞行器分三大块组成：一 电源块 ；二 飞行器框架 ； 三 微控电路板； 1 电源块 由于飞行器可以用电池解决。所以可以选用12v电机供电和5v单片机和传感器供电。 2 飞行器框架 这个框架可以在淘宝上网购，也可以自己制作。如果自己制作可以用木材做飞行底板。四轴支架。 3 微控电路板 第3块也是最重要的一部分。该控制器相当于人体大脑中枢。它接收传感器信号经处理来控制电机。使飞行器左转，右转，上升，下降。 （二）飞行器姿态控制技术 1垂直升降与悬停 当飞行器的四个桨翼等速度旋转，各桨产生的升力相等，总升力大于或者小于自身重力时，飞行器实现垂直升降;等于自身重力时，实现悬停。 2左右侧移与俯仰运动 推力左右侧移与俯仰运动右边两桨翼转速低于左边两个桨翼转速时，右边两桨翼产生的总升力小于左边两桨翼产生的总升力，机体向右侧移;同理，可以使机体向左侧移及俯仰动作。侧移、俯仰运动。 3机体旋转 同一对角线上的一组桨翼转速相同，不同对角线上的桨翼转速不同时，由于反扭矩不能相互抵消，从而可以实现飞行器的转向。 （三）微控电路 1.各子系统 1）总体框图： AT89S52 AT89S52 传感器检测电路 LCD显示转速 控制电机 2）电机驱动电路 .H桥电路构成。用2个 pnp 和2个 npn 三极管构成，当三极管交叉导通时电机的转向改变。具体原理如下： 图中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动 电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电 流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从