【AT91SAM9261申请】四旋翼飞行器的农田检测系统

申请理由： 由于此板是基于ARM设计的嵌入式工控单片机，具有较高抗震动性，带有3.5寸液晶屏，所以此板完全可用于我的项目中， 由于硬件电路的设计 要结合软件开发程序，使四旋翼飞行器能够遥控启动后，完成平衡稳定的飞行任务，。在此过程中会产生很大的数据，如：(1)初始化模块：为硬件和软件系统进行初始化操作。
(2)无线遥控模块：解码接收到的无线遥控指令。
(3)电机驱动器控制模块:调解电机转速。
(4)报警模块：当飞行器处于异常状态时控制报警器发出声光报警信号。
(5)        AD模块：检测航模锂电池电压。
(6)传感器数据采集模块：获取多种传感器产生的测量数据。
(7)飞行控制模块：包括姿态检测和姿态控制模块，前者根据传感器测得的数据计。在此过程中会产生很大的数据。 我想采用此板可以简单高效的完成任务， 功能会更加强大， 计算更加精准，功能完成会更加流畅。 并且在四旋翼上安装了高清摄像头，通过通信接口可以将实时拍摄到的画面显示在3.5寸的液晶屏上。

项目描述：一，硬件部分
硬件系统主要包括飞行器平台、微控制器最小系统、无线遥控接收系统、动力系统、供电电池和传感器模块等几个部分。各部分的主要功能介绍如下:
(1)飞行器平台是其他所有部分的载体；
(2)微控制器最小系统是核心部分,起到数据处理和协调控制其他部分的作用；
(3)无线遥控接收系统用于对飞行器进行远程遥控操作；
(4)动力系统由电机及驱动器和螺旋桨组成，作用是为飞行器提供足够的升力和推进力；
(5)供电电池为整个飞行器提供电能,确保各个部分的正常工作；
(6)传感器模块为飞行器提供姿态和高度等信息，是飞行器姿态控制系统的重要组成部分。由于本课题的研宄重点在于飞行器控制系统，因此飞行器的平台部分、电机及驱动系统和无线遥控接收系统均采用成品模块,仅对飞行器控制系统的软、硬件部分进行研宄和开发。为了最大限度的提高四旋翼飞行器飞行时的稳定性，其硬件安装注意事项如下：
(1 )降低重心高度
尽量将比较重的零件(比如航模锂电池)安装到飞行器的下方,确保整个飞行器的重心高度低于螺旋桨平面，这样可以提高飞行器飞行时的稳定性，防止在有外界千扰(比如风)的情况下由于重心不稳定而导致飞行器侧翻。
(2)螺旋浆固定方式
由于螺旋桨分为正、反奖两种，而螺母都是逆时针固定的，因此顺时针转动的正浆在高速旋转过程中很容易造成固定螺母松动,导致螺旋桨飞溅事故,严重威胁飞行器测试人员和飞行器本身的安全。因此应使用螺纹胶或使用防松螺母进行固定，而且在每次飞行测试之前都应该进行安全检查。
(3)电机驱动器固定方式
由于无刷电机工作电流很大,这就导致无刷电机驱动器具有很高的发热量，因此必须将无刷电机驱动器置于相对空矿且易于散热的地方,防止由于温度过高导致无刷电机驱动器烧毁。实际试验中发现，将无刷电机驱动器置于螺旋架下方时散热效果非常理想，因为这个位置很空矿易于散热，而且由于螺旋桨高速旋转，其下方产生的巨大气流刚好为无刷电机驱动器提供了有效的降温方式。
(4)飞行控制器固定方式
由于加速度计和陀螺仪等惯性传感器对震动十分敏感，巨大的震动可能会导致飞行控制器姿态检测错误做出错误的姿态控制从而导致飞行器侧翻，因此飞行控制器并不能直接使用螺丝固连在飞行器上,而应该使用减震胶柱或弹簧等阻尼器固定在飞行器上，尽可能的减少飞行器有害震动对飞行控制器造成的影响。同时飞行控制器应尽量远离供电导线和无刷电机驱动器，以尽可能减少电磁干扰对飞行控制器带来的影响。
在整个飞行控制系统中处理器是最核心的器件，主要负责解码遥控接收器收到的PPM信号，采集多个传感器数据并融合多种数据进行飞行器姿态解算，输出PWM信号控制4个无刷电机转速以实现对飞行器姿态的调整，检测电池电压并在低压时实现报警。具体需求如下：
(1)、3.3VI/0 电压；
(2)、4路PWM输出；
(3)、6路PPM信号捕获；
(4)、多个SPI和IIC接口；
(5)、3路AD转换；
(6)、充足的I/O 口；
(7)、足够的FLASH和RAM空间；
(8)、一定的浮点运算能力和较强的数据处理能力；
二，软件部分
姿态检测性能测试
飞行器控制系统采集到加速度计、陀螺仪和电子罗盘的数据后，首先进行斯滤波，然后使卡尔曼滤波将多个传感器的数据融合在一起形成飞行器的姿态倍息。以115200波特率的速度通过串口将融合后的姿态信息传输出来,采集足够多的数据后使用matlab作图以分析姿态融合效果。
姿态控制参数调试
姿态检测正确后就需要对PID参数进行调试了,参数调试过程主要分为上方栓绳调试：根据飞行器的震荡情况和姿态调整效果对PID参数进行调节；下方栓绳调试：根据飞行器的震荡情况和姿态调整效果继续对PID参数进行调节；拿在手中调试：尝试摇晃飞行器,增大PID参数S至飞行器出现抖动,然后略微减小P1D参数再进行测试,重复上述过程ft至完成所有姿态控制的PID参数调整。
实地飞行测试
在实地飞行之前先对四旋翼飞行器的参数举行测量。由此可知飞行器机身和无刷电机占系统总重的80%左右,其余部分共占20%左右。因此要想减轻四旋翼飞行器的总重量,提高有效载荷和延长飞行时间,可以从飞行器机身和无刷电机上采取措施,比如采用材料更轻便的碳纤维加工飞行器机身,还可以采用质量更轻、效率更高的盘式无刷电机。