聚豐項(xiàng)目 > 基于無線充電的四軸無人機(jī)
本項(xiàng)目是基于IDT無線充電15W模塊充電模塊與四周F450無人機(jī)設(shè)計(jì)的。通過在無人機(jī)機(jī)架上搭載無線充電模塊接受端,當(dāng)檢測(cè)到電壓較低時(shí)觸發(fā)充電請(qǐng)求,控制無人機(jī)到達(dá)充電發(fā)射端附近時(shí),由超聲波模塊進(jìn)行檢測(cè)并降落完成充電。
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團(tuán)隊(duì)成員
黃洪加 開發(fā)
硬件設(shè)計(jì)上包括主控模塊,電調(diào),無線遙控接收器,超聲波模塊和無線接收轉(zhuǎn)換器等。硬件框圖如下圖1所示
圖1
主控模塊可由APM2.8模塊或自助研發(fā)的STM32飛控,本項(xiàng)目主要使用自研STM32飛控,主控芯片為STM32F207,主要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及控制,同時(shí)對(duì)機(jī)體電池電量進(jìn)行采集及判斷。原理圖如下圖2所示。
圖2
超聲波模塊是采用外購(gòu)的KS103模塊,如圖3所示,測(cè)距最大距離8米,盲區(qū)為最小1cm之內(nèi)。測(cè)量精度平均3mm,最高達(dá)1mm.而且相當(dāng)靈敏。具有目前其他同類超聲波模塊產(chǎn)品所無法達(dá)到的性能優(yōu)勢(shì)和質(zhì)量保障。測(cè)量距離,溫度,光強(qiáng),三合一功能。適用于機(jī)器人準(zhǔn)確測(cè)距避障,撲火機(jī)器人,趨光機(jī)器人,四軸飛控定高,工業(yè)測(cè)距,身高體重儀測(cè)量身高,以及安防等領(lǐng)域。本作品是利用模塊定高功能的同時(shí)也給無線充電作為引導(dǎo)充電指示,對(duì)于飛控上的接口如圖4所示。
圖3
圖4
供電系統(tǒng)分為12V轉(zhuǎn)5V,12V轉(zhuǎn)3.3V,皆采用開關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)壓給各項(xiàng)子功能電路使用,如圖5所示
圖5
在機(jī)體上,需要對(duì)無線充電電池電壓進(jìn)行檢測(cè)并判斷,所以板子上了一個(gè)檢測(cè)和判斷電路,如圖6所示
圖6
軟件使用了MDK4.74平臺(tái)對(duì)STM32F207進(jìn)行開發(fā)和代碼編譯下載,手機(jī)使用自開發(fā)APP與藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信,相關(guān)文檔資料和程序代碼會(huì)以附錄的形式上傳。
在實(shí)際調(diào)試過程中我們發(fā)現(xiàn)不同的姿態(tài)解算,數(shù)據(jù)融合方法對(duì)飛行器的穩(wěn)定性的影響很大,我們使用了Mahony四元數(shù)解算。四軸姿態(tài)的表示可以用歐拉角,也可以用四元數(shù)。姿態(tài)檢測(cè)算法作用就是將加速度計(jì)、陀螺儀,磁力計(jì)的測(cè)量值解算成姿態(tài),進(jìn)而作為系統(tǒng)的反饋量。在獲取傳感器值之前需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波,濾波算法主要是將獲取到的陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪聲及融合,得出正確的角度數(shù)據(jù)(歐拉角或四元數(shù)),主要采用互補(bǔ)濾波或者卡爾曼濾波。
無線充電是通過主控判斷電池電量低于設(shè)定值之后提醒飛控手后飛到地面充電發(fā)射端附近,通過檢測(cè)地面超聲波發(fā)射器的位置進(jìn)行左右對(duì)準(zhǔn)后下降充電。
無人機(jī)整體實(shí)物圖
無人機(jī)運(yùn)行工作圖
無線充電模塊安裝圖
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