4-作品展示库 08基于Multiwii的开源四轴多旋翼飞行器 （无锡职业技术学院） 四轴飞行器结题报告书.doc

PAGE PAGE 12 基于Multiwii的开源四轴多旋翼飞行器 项目作者: 卫万成（物联网31241） 指导老师：邱晓荣 项目成果：本设计基于Multiwii的开源四轴多旋翼飞行器，通过试验重点研究和分析飞行器的工作原理和主控芯片算法，提高了飞行器的飞行稳定性，并且飞行器可以做出一系列的特技动作。另外，本设计集成了大气环境检测模块，使得四轴飞行器可以在可飞行区域采集大气中的温湿度。本设计的创新成果有如下几点： （1）对飞行器进行优化升级，使得基于MWC的四轴飞行器飞行更加稳定，促进飞行器的研究和发展。 （2）本设计可以在任意四轴可行性区域检测大气温湿度。 摘 要 四旋翼无人飞行器(Quadrotor UAV)是一种六自由度垂直起降无人飞行器(Vertical Take-Off and Landing UAV, VTOL UAV)，能够完成悬停、低速飞行、垂直起降和室内飞行等固定翼飞机无法完成的任务，与传统意义上的直升机相比，又具有结构和控制简单、制造精度要求较低、稳定性好、较弱的陀螺效应等优势。近年来，四旋翼无人飞行器以其诸多优点和在无人侦察、交通管理、森林防火、城市巡逻等领域的广阔应用前景，成为国际上的研究热点。 由于四旋翼无人飞行器具有多变量、非线性、强耦合、欠驱动等特性，其控制问题一直是该领域的研究重点。因此，本文采用了目前主流的开源四轴项目之一的基于Multiwii的四轴飞行系统，介绍了四轴飞行器的概念和特性，对Multiwii四轴飞行器的硬件组成、安装调试以及关键技术做了一定的探讨，并在其稳定飞行的基础之上添加了大气检测功能。实验结果表明，该飞行器能较好地执行飞行任务。 关键词：Multiwii；四轴飞行器；开源；大气检测； 引言2 一．硬件组成3 1.1 总体方案设计 1.2 飞控模块 1.3 四个旋翼模块 1.4 机身模块 1.5 遥控器模块 1.6 GPS模块 1.7 GPS导航板模块 1.8 环境检测模块 1.9 电池、充放电设备 二．安装调试7 2.1安装注意事项 2.2 调试注意事项 三．系统功能9 四．关键技术和主要技术指标9 4.1 MWC四轴飞行器PID控制 4.2高精度GPS导航能力 五．实物图10 六．总结11 参考文献11 引 言 MWC是MultiwiiCopter的缩写，Multiwii是控制多旋翼航模的开源固件。 Multiwii最初由法国航模爱好者Alex创立，用于控制他自己做的三轴飞行器。 后经全世界各大高手改造扩展，现在Multiwii不仅仅支持三轴飞行器、四轴、 六轴等多轴系列，还支持固定翼和直升机等航模。功能强大而且简单易用。Multiwii支持的传感器类型极为丰富，而且支持十分广泛的外部设备 和飞行模式，这让Multiwii飞控固件发展为国外最受欢迎的多轴开源固件之一。 随着现代社会的飞速发展，大气环境污染也越来越严重，沙尘、雾霾天气屡屡发生，如何快速、实时、精准地检测并控制大气污染已成为国人的当务之急，在大气环境检测领域创新出新型的检测装置更是势在必行。随着卫星遥感技术的加入，云技术、网络技术、移动无线通讯技术的发展，环境监测技术已经迈入了全球化、网络化的时代。 当今多旋翼飞行器应用的相关技术发展迅速，其中基于MWC的四轴飞行器应用最为广泛，有众多科研机构和商业公司都在研究，各方面研究报道表明，以往广泛应用于军事领域的四轴飞行器正处于快速民用化的发展阶段。目前，在民用领域的方方面面都可以看到它们的身影，常见的应用有航空导航、测绘航拍、通信中继、信号干扰、物资运输等，但至今鲜有文献研究四轴飞行器可应用于大气环境检测。 一、硬件组成 1.1 总体方案设计 基于Multiwii的开源四轴多旋翼飞行器利用MWC飞行控制器。首先，利用MWC是基于Arduino单片机的开源硬件，综合前人的代码编写，进行修改、添加，让组建好的四轴飞行器飞行达到预想的效果。其次，将稳飞的四轴飞行器应用于大气环境检测。最后，通过上位机，时刻检测飞行器所采集到的大气质量数据。 本设计总共包含九个模块。 1.2飞控模块 该模块被固定在飞行器的几何中心，用于控制整个飞行器的飞行姿态，其中包括主控制器模块、姿态采集模块、遥控接收模块等。 Multiwii飞控模块硬件分为Arduino mega（ATmega2560）和Arduino 328P（ATmega328P）两种版本。两个版本各有优缺点，均支持多种外设，但接口稍有不同。Arduino mega版本只能用串口接GPS和声呐，由于两个外设占用了串口，无法实时用蓝牙或FTDI查看飞行状态信息。Arduino 328P版本虽然容量小，但可以采用双328P的模式，另一块ATmega328P用于制作I2C-GPS/S