在嘗試制作這個四旋翼飛控的過程中，我感觸頗多，在整理了思緒之后，把重要的點一一記下來，希望給同樣喜歡飛行器的朋友以借鑒。

這個飛控是基于STM32，整合了MPU6050，即陀螺儀和重力加速計，但沒有融合電子羅盤。

另外，四旋翼飛行器的運動方式請百度百科，不太復(fù)雜，具體不再贅述。

這是飛控程序的控制流程（一個執(zhí)行周期）：

比較重要的地方：

1.i2c通信方式

因為我不是學(xué)電類專業(yè)，最開始對i2c這些是沒有一點概念，最后通過Google了解了一些原理，然后發(fā)現(xiàn)STM32的開發(fā)庫是帶有i2c通信的相關(guān)函數(shù)的，但是我最后還是沒有用這些函數(shù)。

我通過GPIO模擬i2c,這樣也能獲得mpu6050的數(shù)據(jù)，雖然代碼多了一些，但是比較好的理解i2c的原理。

STM32庫實現(xiàn)的模擬i2c代碼（注釋好像因為編碼問題跪了）：

2.mpu6050

然后用寫好的模擬i2c函數(shù)讀取mpu6050，根據(jù)mpu6050手冊的各寄存器地址，讀取到了重力加速計和陀螺儀的各分量;

傳感器采樣率設(shè)置為200Hz,這個值是因為我電調(diào)頻率為200Hz，也就是說，我的程序循環(huán)一次0.005s,一般來說，采樣率高點沒問題，別比執(zhí)行一次閉環(huán)控制的周期長就行了；

陀螺儀量程±2000°/s，加速計量程±2g， 量程越大，取值越不精確；

這里注意，由于我們沒有采用磁力計，而陀螺儀存在零偏，所以最終在yaw方向上沒有絕對的參考系，不能建立絕對的地理坐標系，這樣最好的結(jié)果也僅僅是在yaw上存在緩慢漂移。

3.互補濾波

融合時，陀螺儀的積分運算很大程度上決定了飛行器的瞬時運動情況，而重力加速計通過長時間的累積不斷矯正陀螺儀產(chǎn)生的誤差，最終得到準確的機體姿態(tài)。

這里我們采用Madgwick提供的UpdateIMU算法來得到姿態(tài)角所對應(yīng)的四元數(shù)，之后只需要經(jīng)過簡單運算便可轉(zhuǎn)換為實時歐拉角。感謝Madgwick大大為開源做出的貢獻。

4.獲取期望姿態(tài)

也就是遙控部分了，讓用戶介入控制。

本著拿來主義的原則，用上”圓點博士開源項目”提供的安卓的開源藍牙控制端。

圓點博士給出了數(shù)據(jù)包格式，同過HC-06藍牙模塊接連到STM32串口1，再無線連接到控制端，這樣我們就可以獲得控制端不斷發(fā)送的數(shù)據(jù)包了，并實時更新期望姿態(tài)角，這里只需要注意輸出的姿態(tài)角和實時姿態(tài)角方向一致以及數(shù)據(jù)包的校驗就行了。

5.PID控制算法

由于簡單的線性控制不可能滿足四軸飛行器這個靈敏的系統(tǒng)，引入PID控制器來更好的糾正系統(tǒng)。

簡介：PID實指“比例proporTIonal”、“積分integral”、“微分derivaTIve”，這三項構(gòu)成PID基本要素。每一項完成不同任務(wù)，對系統(tǒng)功能產(chǎn)生不同的影響。

以Pitch為例：

error為期望角減去實時角度得到的誤差；

iState為積分i參數(shù)對應(yīng)累積過去時間里的誤差總和；

if語句限定iState范圍，繁殖修正過度；

微分d參數(shù)為當前姿態(tài)減去上次姿態(tài)，估算當前速度（瞬間速度）；

總調(diào)整量為p,i,d三者之和；

這樣，P代表控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，越大，響應(yīng)越快。

I，用來累積過去時間內(nèi)的誤差，修正P無法達到的期望姿態(tài)值（靜差）；

D，加強對機體變化的快速響應(yīng)，對P有抑制作用。

PID各參數(shù)的整定需要綜合考慮控制系統(tǒng)的各個方面，才能達到最佳效果。

輸出PWM信號：

PID計算完成之后，便可以通過STM32自帶的定時資源很容易的調(diào)制出四路pwm信號，采用的電調(diào)pwm格式為50Hz，高電平持續(xù)時間0.5ms-2.5ms；

我以1.0ms-2.0ms為每個電機的油門行程，這樣，1ms的寬度均勻的對應(yīng)電調(diào)的從最低到最高轉(zhuǎn)速。

至此，一個用stm32和mpu6050搭建的飛控系統(tǒng)就算實現(xiàn)了。