STM32F4四轴飞行器总结

（菜鸡一枚，记录一些学习的体会，并记录了学习时提出的问题，便于自己再次查阅，若有错误之处，希望大佬们指正，谢谢。）

四旋翼简介：

嵌入式芯片（STM32 f407）作为主控芯片，PC端编写上位机，实现对四旋翼的平稳飞行。但是最后以失败告终（炸鸡），写下踩过的坑，便于二次查看。

1、硬件： 

主控：STM32f407 （这款芯片用于四旋翼的控制足够了）。 

姿态传感器：MPU6050（6轴的姿态 + 磁力计），内置有DMP，可以调用DMP实现四元数的输出，而且内置有滤波器，输出以后不用再进行卡尔曼滤波。

电源：3300MAh  3S 35C锂电池（30C指的是可以30倍率放电，即：25*3300mA=82.5A；  S指电压，3S= 3*3.7V=11.1V，充满电为12.6V）

电机、电调、螺旋桨：这三者与飞机的质量之间需要相互搭配。

电机参数：朗宇 2212 980KV KV表示：每增加1V电压，电机每分钟增加的转速，例如KV980,每增加1V的电压，空转转速增加980转每分钟。10V的电压下是9800转每分钟的空转转速。且KV与电机的扭力成反比。2212：电机定子的直径和高度mm。电机的推力要配合整机重量，要留有余量，比如选择APC9047的螺旋桨，在3C电池、10A的情况下产生的推力为650g，则4个电机产生的中推力为650*4=2600g，搭配的整机质量最好在最大推力的一半左右，因为需要留有一定的推力来产生其余动作，如巡线等。

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螺旋桨搭配：

一般由4位数字表示，前两位数表示直径，后两位表示螺距。以1060浆为例，10表示桨的直径是10英寸，60表示浆角（螺距，6.0英寸，也就是152.4mm)。

机架搭配：使用的猛禽太纤维机架，某宝有卖。

• 机架轴距 = （桨的英寸*25.4/0.8/根号2）*2。

• 桨的尺寸（英寸） = （机架轴距/2）*根号2*0.8/25.4。

     （网上数据） 下面是一些桨和轴距的搭配建议：

      10寸桨搭配轴距450MM机架

      11寸桨搭配轴距500MM机架

      12寸桨搭配轴距550MM机架

      13寸桨搭配轴距600MM机架

      14寸桨搭配轴距650MM机架

      15寸桨搭配轴距680MM机架

      16寸桨搭配轴距720MM机架

      17寸桨搭配轴距780MM机架

      18寸桨搭配轴距820MM机架

      19寸桨搭配轴距860MM机架

      20寸桨搭配轴距900MM机架

2、软件：

上位机：开始时使用用labview编写的上位机，但labview的需要安装相应的软件才能使用，后来选择QT编写的上位机运行，最后阶段使用的是匿名四轴的上位机程序，编写相应的下位机程序，匿名四轴上位机的功能完整，适合调试使用。使用无线通信，加入心跳包保证飞行的安全性。（心跳包：上位机固定时间给飞机发送一个小的口令，如飞机每隔1S会接收到上位机的“心跳”，若超过2S没接收到，则飞机判定为与PC失联，则启动降落程序。类似于“看门狗”的工作原理）

平衡控制：得到的DMP输出的四元数，转化为欧拉角做PID控制，使用三个串级PID组控制。

高度控制：用超声波模块测量得到高度信息，用于实时的高度控制（此处应该加卡尔曼滤波来做）。

控制策略：固定油门（牵引力为整机的重量左右），姿态与高度控制在固定油门的基础上叠加。

图像采集：使用另一块F4的芯片作为协处理器，主要完成图像采集与图像处理的任务，将轨道信息传给主控芯片，

Q：

1、四元数的理解：

四元数是三维复数的四维延伸，其性质有利于表达三维旋转的信息，相比于三维，有事在于：1）适合插值，2)万向节锁死问题，3）所用资源减少。

2、卡尔曼滤波：

当系统含有高斯白噪声时，观测值不准确，可采用卡尔曼滤波，基本思想是将预测结果和测量结果综合考虑，得到更加准确的信息（融合多种信息，是结果给为精确）。eg：假设小车的实时位置测量误差为5m，但是想要得到更加精确的位置，可以用上次测量的速度来推测现在大概的位置，再结合本次的位置测量值来联合估计本次位置。

3、问题与改进：

1、策略改进：油门叠加式；2、超声波定位加入卡尔曼滤波；