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基于NXP LPC1549 的四轴飞行器的设计
夏纯许亮
（吉林建筑大学，吉林长春130118）
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摘要：四轴飞行器有着VTOL(Vertical Take-Off and Landing，垂直起降)飞行器的中几乎所有的优点，并且硬件结构特别简单、体积小、成本低，因而广泛应用于军事、民用等两大领域。本设计采用NXPLPC1549作为中央处理器，飞行器与遂控器之间的无线通信采用2.4G的NRF24L01模块，以及拥有3轴加速度计与三轴陀螺仅的MPU6050作为姿态欧拉角测量单元，把采集到的数据通过四元数互补滤波计算、PID自动控制，最终以PWM的方式驱动空心杯820电机，得以实现控四轴飞行器的设计。
关键词：四轴飞行器；MPU6050;IMU;PID
四轴飞行器是一种具有4个对称旋翼的直升机，具有垂直起降、结构简单、体积小、操织方便及机动灵活等优点，在飞行器上搭载摄像头等模块能够实现许多实用性的功能。非常适合在狭小空间内执行侦查任务，所以在军事和民用两大领域得到了广泛的应用。
本设计采用NXPLPC1549为主控芯片，通过2.4G无线模块 NRF24L01作为远程遥控控制，利用3轴陀螺仪、3轴加速度计融合一体的MPU6050搭建四轴飞行器，实现悬停、自转、前后左右移动等操作
1系统总体设计
本次设计硬件部分主要包括遥控器和飞行器两大部分，主控芯片均采用32位基于ARMCorlex-3的NXPLPC1549处理器遥控器和飞行器之间通信采用2.4G民用无线通信频段的NRF24L01模块，模块与MCU之间通过硬件SPI采用1MHz的速率通信。遥控器外形设计似游戏手柄.直接用PCB电路板打样后作为遥控器外形。遥控器通过采集瞻菇头摇杆电位器ADC电压值以及按键状态发送给飞行器。飞行器外形设计为十字架形状，通过CAD绘制外形导人到Altium Designer软件里Keep-Out Layer层作为飞行器切割外框。飞行器软件设计主要是MCU通过硬件I2C采用400KHz的速率读取MPU6050的数据，并定时利用惯性测量单元IMU)姿态获取技术，然后通过PID电机控制算法，把PID输出量跟无线接收到
延时设定为3秒，反转设定为90秒，反转延时设定为3秒，总时间
2A* +scr 弹4GPD-88 O调4URT
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(LR158)
图1系统总体设计框图
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的数据进行融合，最终通过输出到PWM来控制高速空心杯直流有电机来实现各种飞行状态。其系统总体框图如图1.1所示。
2硬件电路设计 2.1主控单元选择
从成本和性能以及掌握32位ARM芯片的熟练情况等各方面综合考虑，本设计遥控器和飞行器均采用NXPLPC1549作为主控芯片，NXPLPC1549是恩智浦公司推出的低功耗、高集成、高性价比的 MCU 芯片。 NXP LPC1549 基于 32 位 ARM CortexM3 内核, 主频高达72MHz；具有独立的指令总线和数据总线的哈佛架构，并
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3.2.9收尾作业.现场整理，工装、设备用汽油清擦干净。地面用
设定为900秒。b.按下启动按钮，设备空转1-2分钟，然后按下停止
水枪清洗干净
3.2.10检查。同手工研磨检查活塞研磨程度和检查活塞表面质
按钮，调试完毕
3.2.4研磨前准备：a.将活塞研剂均匀涂满导向套3个内槽。涂满内槽的研磨剂与导向套内圆持平。h.活塞表面涂满薄薄一层研磨剂，装人导向套内，来回运动3次。e.先将弹费座与导向套对接好(放置密封圈)，再将活塞放入导向套。d.步案e组装好的部件安装：将导向套连同活赛放人专用工装的卖套、定位套中，并将盖盖上，紧固两颗螺钉，整体放到研磨机的研磨工位上后夹紧。装上压盖安装完后，保证活塞运动灵活：若卡死.需拧松螺栓1~2个螺距。要领：注意压盖安装到位，与齿轮之间不能有间隙；若有间隙，则是弹贫座尺寸间题，需要更换弹贫座
3.2.5安装作业。a安装手柄。h.安装手柄后，压下手柄.使顶尖升起。把准备好的一套活塞安装到研磨机上，安装顺序为从右向左依次安装；每排安装3套。特别注意：安装时，使活塞下部与轴承齐平，容易安装。抬起手柄，使顶尖压紧活塞。压紧后取下手柄，放置在固定的位置。安装挡板，安装时用手捏紧小压板，安装后松开，使弹贫复位
3.2.6研磨作业。a从控制箱上的窗玻璃观察设定的时间是否为规定的循环时间。若不是，则必须进行调整。b.按下启动按钮，开始研磨，研磨两个循环。特别注意：启动前确认防护挡板已经安装。
3.2.7拆卸作业。a研磨完成后，取下挡板，安装手柄后压下，使顶尖升起。b.取下研磨好的活塞放置在工作台上。用螺丝刀拆下螺栓，取下压盖，拿出活塞，
3.2.8清洗作业：a.取下的活塞成套放置在清洗筐内。b.按照超声波清洗机安全操作规程对研磨好的活塞进行清洗。清洗完毕后，用压缩空气吹干净。
量检查要领
参考文献
[1]路雨详.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社,2002,1.
[2]张奕.程机械液压系统分新及故障诊断[M]北京：人民交通出版社， 2008
[3]平高集团人力资源部，培训中心[J]高压电器及元件装配工， 2012.9
[4彭新奇.平高集团王亚辉六氯化硫断路器综合论述,2010.10[5]化学工业出版社杨务涨[J]液压维修入门，2009，8