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標題: 基于STM32的四軸無人機源代碼(PID算法、姿態(tài)解算、卡爾曼濾波與OLED顯示) [打印本頁]
作者: gaohan130    時間: 2018-5-11 15:08
標題: 基于STM32的四軸無人機源代碼(PID算法、姿態(tài)解算、卡爾曼濾波與OLED顯示)
此代碼支持STM32所有系列，實現(xiàn)的功能有：OLED顯示、PID算法、姿態(tài)解算、卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)整合、MPU6050、HMC磁力計、MS5611氣壓計、NRF24L01、GPS定位、超聲波定高，親測可以用，喜歡研究無人機的朋友可以參考一下此代碼
使用keli5編程

本代碼純屬作者周寒宇個人編寫，雖然有參考開源的代碼，但是移植也很辛苦
希望參考學習的同學能夠學到內(nèi)容和代碼風格
本代碼支持STM32所有系列
參考來源：匿名科創(chuàng)、智能車部分代碼、正點原子以及一些其他的開源代碼
功能：OLED顯示、PID算法、姿態(tài)解算、卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)整合、MPU6050、HMC磁力計、MS5611氣壓計、
NRF24L01、GPS定位、超聲波定高

后期更新部分：光流傳感器視覺定位（加強室內(nèi)無外部信號情況下的懸停功能）、攝像頭圖像采集。

有同學優(yōu)化了代碼的請發(fā)我一份


單片機源程序如下:
  1. /**************************
  2. @作者：周寒宇
  3. @大學：中南大學
  4. @目的：自制飛控板飛控代碼
  5. @效果：穩(wěn)定
  6. ************************/
  7. #include "sys.h"
  8. #include "delay.h"
  9. #include "usart.h"
  10. #include "mpu6050.h"
  11. #include "hmc5883l.h"
  12. #include "timer.h"
  13. #include "led.h"
  14. #include "i2c.h"
  15. #include "Moto.h"
  16. #include "Control.h"
  17. #include "PWM_Capture.h"
  18. #include "ms5611.h"
  19. #include "nrf24l01.h"
  20. #include "hcsr04.h"
  21. #include "beep.h"
  22. #include "GPS.h"
  23. #include "oled.h"
  24. extern uint32_t time3_cnt;
  25. extern u8 FlyMode;
  26. extern uint8_t Attitude;


  29. int main(void)
  30. {       

  32.         u8 i;
  33.         delay_init();                     //延時函數(shù)初始化          
  34.         NVIC_Configuration();          //設置NVIC中斷分組3:3位搶占優(yōu)先級，3位響應優(yōu)先級
  35.         Control_Init();                                                                                                                                                                                                                   
  36.         IIC_Init();
  37.         LED_Init();
  38.         PWM_Capture_Init(0xFFFF,71);  //1MHZ計數(shù)
  39.         delay_ms(100);           //上電延時
  40.         MPU6050_Init();
  41.         HMC5883L_Init();
  42.         HCSR04_Init();
  43.         // GPS_Init();
  44.          //UART3_Init(9600);
  45.          //OLED_Init();
  46.         TIM2_PWM_Init(1999,71); //周期2MS頻率500HZ 計數(shù)頻率1MHZ         計數(shù)到20000為20MS
  47.         TIM5_Int_Init(499,71);//1Mhz的計數(shù)頻率，計數(shù)到500為0.5ms
  48.         TIM7_Int_Init(0xFFFF,71);//1Mhz的計數(shù)頻率,1us時間度量
  49.         TIM3_Int_Init(499,71);
  50.         for(i=0;i<6;i++)        delay_ms(1000);                 //等待姿態(tài)穩(wěn)定
  51.         Moto_Init();
  52.         delay_ms(1000);       
  53.         delay_ms(1000);       
  54.         delay_ms(1000);       
  55.         delay_ms(1000);       
  56.         delay_ms(1000);       
  57.         while(1)
  58.         {
  59.                 if(time3_cnt<=2000)//10sec
  60.                 {                 HCSR04_Run(); //更新頻率30HZ
  61.                                 Get_Attitude();                //姿態(tài)計算
  62.                                 FlyMode=1;
  63.                                 Fly_Control();//阻尼爬升                               
  64.                
  65.                 }
  66.                 if(2000<time3_cnt&&time3_cnt<=6000)//10sec-30sec
  67.                 {                   HCSR04_Run(); //更新頻率30HZ
  68.                                 Get_Attitude();                //姿態(tài)計算
  69.                                 FlyMode=2;//飛行                       
  70.                                 Fly_Control();                               
  71.                 }
  72.                 if(6000<time3_cnt&&time3_cnt<=8000)//30sec-40sec
  73.                 {                HCSR04_Run(); //更新頻率30HZ
  74.                                 Get_Attitude();                //姿態(tài)計算
  75.                                 FlyMode=3;//飛行                       
  76.                                 Fly_Control();                               
  77.                 }
  78.                   break;
  79.        
  80.         }
  81. }


復制代碼

所有資料51hei提供下載:
四軸飛控代碼(周寒宇).rar (438.35 KB, 下載次數(shù): 1322)


作者: 冬天的野狼    時間: 2018-5-13 17:09
很牛了，有沒有電路圖等資料呢？如果能開源那可以分享共同提高
作者: P小四哥    時間: 2018-8-15 21:34
感謝樓主
作者: DylanMingan    時間: 2018-8-19 23:13
太感謝lge
作者: 123DUAN    時間: 2018-8-20 15:51
新人拜訪~可惜黑幣不夠啊
作者: NPC-1024    時間: 2018-8-20 18:01
感謝，對飛控有興趣，下載來看看。
作者: xode    時間: 2018-8-21 17:47
謝謝分享
作者: zxgpy    時間: 2018-8-22 16:14
謝謝大神分享！！！
作者: kanwoe    時間: 2018-8-27 12:44
感謝樓主的分享！
作者: JIANGJING520    時間: 2018-11-30 17:11
感謝感謝，最近在研究這個
作者: feiyi26    時間: 2018-12-4 19:53
感謝感謝，我也在研究這個
作者: feiyi26    時間: 2018-12-4 20:16
有沒有電路圖等資料呢
作者: 1113634577    時間: 2018-12-27 18:02
這莫大程序工程，是很繁瑣辛苦
作者: 610930444    時間: 2019-1-3 09:22
謝謝分享
作者: Ye_tian    時間: 2019-1-7 19:43
感覺很牛
作者: zhlip    時間: 2019-1-7 21:53
不錯
作者: 1539703473    時間: 2019-3-13 10:44
多謝，6666
作者: 叢林狼    時間: 2019-4-24 00:27
謝謝分享
作者: sjh7366    時間: 2019-4-24 18:55
感謝樓主
作者: Gerald-C    時間: 2019-4-25 07:14
感謝樓主，好人一生平安
作者: tarchen    時間: 2019-4-27 10:05
高手，大大的支持。
作者: private80    時間: 2019-6-11 00:50
感謝版主的無私，本人學習了
作者: get    時間: 2019-6-12 20:14
真的非常感謝
作者: 初出茅廬111    時間: 2019-6-14 09:36
非常感謝分享
作者: 田裕中    時間: 2019-6-14 19:09
有沒有PCB呢？大神
作者: cat9975    時間: 2019-6-15 11:06
感謝樓主的分享！
作者: QSM980405    時間: 2019-6-16 15:32
感謝樓主的分享。
作者: 班班班    時間: 2019-6-17 12:25
冬天的野狼 發(fā)表于 2018-5-13 17:09
很牛了，有沒有電路圖等資料呢？如果能開源那可以分享共同提高

你好，這篇帖子里的程序可以分享一下嗎
作者: mcu_mpu    時間: 2019-6-24 16:05
好東西，想完下無人機。
作者: Flyyyy    時間: 2019-7-11 20:06
感謝樓主分享
作者: ailinyi    時間: 2019-7-12 17:15
很好的例子
作者: snf    時間: 2019-7-14 16:48
謝謝分享
作者: 小蘇ka    時間: 2019-7-20 19:12
感謝分享！！
作者: 鵬博士PBs    時間: 2019-7-21 10:15
可以分享一下電路圖嗎 或者PCB板圖之類的也行啊
作者: wyman188    時間: 2019-7-25 14:45
謝謝分享！！！
作者: qq646926493    時間: 2019-8-6 22:19
謝謝分享~~~
作者: cl813814519    時間: 2019-8-9 10:48
感謝作者分享
作者: FMCH    時間: 2019-10-19 09:26
很全面，感謝分享
作者: iiia    時間: 2019-11-11 16:53
很想看一看樓主的理解
作者: 384448010    時間: 2019-11-29 18:54
有沒有遙控的啊
作者: incendiary    時間: 2019-12-6 16:55
謝謝分享
作者: F-8    時間: 2020-3-21 19:49
謝謝樓主的分享
作者: wenzedong    時間: 2020-3-26 10:36
這無人機真是夠難學的，我就簡單分析試著了解一下就用了一天半的時間，同樣是從工作原理，系統(tǒng)結構，程序的設計思想，具體的程序設計思路四個方面試圖了解一下。首先說明一下，只是我的理解，和樓主的代碼實現(xiàn)流程是不一樣的。

飛行原理：轉速差會推動其向一個方向飛行，有四種飛行方式：上下飛行（垂直運動，如懸停狀態(tài)時，4個電機同時提高轉速，就會升高），前后飛行（俯仰運動，如后方電機轉速大于前方，就會往前飛），左右飛行（滾轉運動，如左側電機轉速大于右側，就會往右飛），左右轉向（偏航運動，如逆時針轉動的M1,M3轉速大于順時針轉動的M2,M4，就會右轉向）。
四軸飛行為了抵消螺旋槳的自旋，相隔的漿旋轉方向是不一樣的，適合順時針轉的叫正槳，適合逆時針轉的是反槳，正反槳的風都是往下吹的。
有兩種飛行姿態(tài)，+型和X型，區(qū)別是：①電機擺放角度不同（將+型四個電機順時針旋轉45°就是X型），②“前后/左右”飛行時需控制的電機數(shù)量不同（+型前后左右每個方位相當于只有一個電機，X型前后左右每個方位相當于都是兩個電機）X型對于飛行姿態(tài)控制更好。

可能表述不夠清楚，可以結合下面這篇文章理解
https://blog.csdn.net/qq_27270029/article/details/79877022
沒玩過四旋翼，看看這個文章多少能理解些概念
https://blog.csdn.net/msdnwolaile/article/details/51525245

系統(tǒng)結構：遙控器，飛行器。
遙控器：采集（按鍵，油門桿，方向桿的動作）控制（數(shù)據(jù)傳輸 和OLED顯示）
飛行器：采集（MPU5060加速度，陀螺儀，HMC磁力定方位（飛行姿態(tài)感測），超聲波定高，MS5611氣壓定高（兩者互補），GPS定位點（返回點定位），NRF24L01遙控數(shù)據(jù)通信）處理（PID算法，姿態(tài)解算，卡爾曼濾波算法對數(shù)據(jù)整合）控制（PID控制算法，控制電調(diào)來控制電機轉速）
https://v.youku.com/v_show/id_XM ... t.13141534.2_1.d1_2

程序設計思想：
從結果往過程去分析。使用角度：當按順序打開遙控器和飛行器的電源后，先進行對頻（NRF24L01的2.4GHz數(shù)據(jù)通信（遙控器的指令，飛行器的數(shù)據(jù)），遙控和飛行器的配對）然后地磁校準（定方位，為了前后左右飛行），再GPS收星（定位點，讓飛行器自動返航），再解鎖電機，緩推油門（否則好像可能會炸機），使它起飛，然后就是各種操作了。
在飛行過程中，需要融合三軸加速度計和三軸陀螺儀（MPU5060）及磁力計(HMC5883L)的數(shù)據(jù)進行姿態(tài)解算（此時會用到卡爾曼濾波算法），陀螺儀知道“我們轉了個身”，加速計知道“我們又向前走了幾米”，而磁力計知道“我們是向西方向”的。 然后通過PID控制算法（PID飛行控制算法能有效對飛行器的姿態(tài)和位置跟蹤進行有效控制），PWM波輸出，通過‘電調(diào)（電機驅動模塊）’來控制電機轉速。
高度在3米內(nèi)，使用超聲波(HCSR04)測高，否則用氣壓計（MS5611）測高，OLED在遙控器上，可能會顯示飛行高度。

具體程序設計思路：
首先，關于NRF24L01, OLED,BEEP都沒有用到（通過查看初始化函數(shù)），也就表示沒有遙控器的功能，GPS沒有用到，說明就是沒有返航功能。沒有遙控器控制，就是能飛起來，然后應該對飛行器的飛行姿態(tài)來說好控制了很多。功能就是圍繞姿態(tài)解算和PID飛行控制為核心的，飛個幾十秒后落下。關于樓主的代碼，沒有功能說明注釋，沒有實現(xiàn)步驟注釋，沒有使用單片機某些資源的作用注釋，總的來說，注釋太少，再加上本人水平不高，看得一頭霧水。
關于為什么樓主介紹的和代碼不一致，我的理解是這樣的：樓主完成此項目用時較長，且沒有使用版本管理，每過一段時間就保存一個版本，最后都不知道哪個是最新版本，每個版本都實現(xiàn)了哪些細節(jié)了，因為疫情，再次接觸的時候都過了快兩個月了，雖然自己寫的但都快忘差不多了，不過好在主要實現(xiàn)的函數(shù)都在main里，查看main文件修改日期確定哪個是最新版本，再加上注釋還算詳盡，補救了回來。

兩點注釋：
卡爾曼濾波：需要對陀螺儀和加速度傳感器所測得的數(shù)據(jù)進行綜合和校正，而均值濾波，很難滿足精度和實時性上的要求，通過卡爾曼濾波將加速度傳感器和陀螺儀的數(shù)據(jù)進行融合，在計算實時姿態(tài)時很好地抑制了噪聲的干擾作用，以提高測量精度。

PID飛行控制算法：對四旋翼的控制包括姿態(tài)控制（內(nèi)環(huán)控制）和位置控制（外環(huán)控制），外環(huán)控制，解算出為了到達預定的位置期望的姿態(tài)角，該期望的姿態(tài)角作為內(nèi)環(huán)控制器的輸入。PID飛行控制算法能有效對飛行器的姿態(tài)和位置跟蹤進行有效控制。
作者: weskyfly    時間: 2020-4-2 17:54
代碼很不錯，多謝樓主分享。
作者: QEQWE123    時間: 2020-5-21 14:26
有原理圖PCB嗎大佬
作者: gameguy    時間: 2020-5-28 15:36
感謝分享
作者: 1804889557    時間: 2020-9-18 12:33
有個毛的卡爾曼，別一天到晚扯淡好吧
作者: 流浪深圳    時間: 2020-9-22 10:02
能全部整合，牛逼啊
作者: kiccleaf    時間: 2020-11-22 11:40
分享快樂，學習一下源碼
作者: ＩＩＴＳＵＫＩ    時間: 2020-12-4 20:04
剛剛看了六軸的，不懂來看一下四軸的
作者: iYoutudou    時間: 2021-2-4 12:29
同求電路原理圖，我準備自己再做一版stm32
作者: gmlipv123    時間: 2021-10-16 10:48
最近在研究無人機控制算法優(yōu)化，希望能和各位前輩學習學習。



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