基于uCOS-II的四旋翼飞行器姿态控制与硬件设计

本篇毕业论文主要探讨了基于ARM Cortex-M系列处理器的四旋翼飞行器姿态控制系统的设计。作者林德兴在信息科学与工程学院电气工程及其自动化专业电气1001班的学习期间，选择了这个课题作为其毕业设计，由陈兴武老师指导。 论文首先阐述了研究的背景和意义，强调了在无人机技术日益发展的今天，姿态控制系统的精确性和稳定性对于四旋翼飞行器的安全性至关重要。当前的研究现状和未来发展都表明，高效、稳定的姿态控制系统是提升无人机性能的关键。 在姿态控制系统的总体方案设计部分，作者详细讨论了微控制器（MCU）的功能选择，指出ARM Cortex-M处理器因其处理能力、功耗优化等特点成为理想选择。接下来，作者分析了不同姿态信息采集传感器（如MPU6000）的选型标准，以及几种可能的控制方案比较，最终确定了适合的控制方案。 硬件系统的设计占了论文的主体，包括构建飞控主板、电路设计等。具体来说，电源管理、Flash存储、接收机输入PWM处理、电机控制、JTAG编程接口、USB通信接口、各种传感器接口（如MPU6000和电池电量检测电路）以及指示灯的设计都被逐一展开。此外，还介绍了主控电路PCB板的设计过程。 系统设计部分着重于基于STM32的uC/OS-II系统集成，涵盖了软件编译环境配置、操作系统移植、硬件接口配置（如输入/输出管脚、串口、定时器和SPI接口）以及任务划分。这部分内容展示了如何利用uC/OS-II实现多任务处理，确保系统的稳定运行。 姿态控制程序设计是核心环节，包括姿态采集、解算的程序设计，以及PID控制策略的实现。PID控制算法被分解为比例控制、积分控制和微分控制部分，每个环节都通过代码示例详细展示。这部分体现了作者对控制理论的实际应用能力。 论文最后，作者描述了系统调试的过程，包括硬件和软件层面的调试，以及整体测试的结果。设计总结部分回顾了整个项目的关键点，并对指导老师和相关人员表示感谢。论文还提供了相关的源代码清单、原理图和其他附件，以供读者深入理解设计细节。 这篇论文不仅涵盖了四旋翼飞行器姿态控制系统的硬件和软件设计，还展示了理论知识在实际项目中的应用，具有较高的实用价值和理论深度。