基于STC15的四旋翼飞控系统设计

南京科技职业学院 张 杨 牛宗超

本文设计了一种新型四轴旋翼无人飞行器控制核心部分，从硬件（包括微控制模块、加速度计与陀螺仪模块、无线数据传输模块、电机驱动模块、电源模块等）和软件（包括无线通信、飞行姿态以及对姿态的测量等）两方面阐述设计原理。给出了基于STC15单片机的小型无人机飞控系统总体设计方案和软件流程。

无人飞行器又称无人机，英文简称为UAV，其是利用无线电远程遥控的、自带程序控制装置操纵的或者由搭载的计算机完全地或不完全地自动操作不载人飞行器。本文设计的无人飞行器除灵活机动性有优势外，更有具有体积小、成本低、使用方便等优点。本文基于以上现状，设计了一种以IAP15W4K58S4为核心的四轴旋翼无人飞行控制器。

1 系统结构与组成

1.1 结构

四旋翼飞行器的螺旋桨转速是由通过控制搭载的四个无刷电机来改变的，以控制升力的变化从而实现对飞行器位置以及各种姿态的控制。

1.2 组成

所设计的四轴飞行器主要由机身主体、动力系统、控制系统三大部分组成。本系统使用了MPU6050作为姿态测量芯片，采用NRF24L01+芯片作为系统的数据传输芯片，由场效应管驱动四个电机旋转，持续增加二极管的续流，防止场效应管被电机返电动势击穿。

本系统整体框图如图1所示。

图1 四旋翼飞行器原理框图

2 系统硬件设计

2.1 微控制器模块

本设计IAP15W4K58S4作为系统的主处理器。该单片机可以调制出250～450hz的PWM脉冲方波，送给驱动电路，频率越高转速会越快。……