2018安徽TI杯大学生电子竞赛：灭火飞行器PID控制技术详解

2018年全国大学生电子设计竞赛安徽赛区的特等奖作品--"TI杯"灭火飞行器，是一款集科技创新与实际应用于一体的创新项目。该作品旨在解决火灾扑救中的自动化挑战，采用了先进的电子技术和控制系统。参赛者选用STM32F4单片机作为核心控制器，它负责数据采集、信号处理以及飞行姿态和航向的精确控制。系统利用PID（比例积分微分）控制算法，通过对三轴角速度和角加速度的实时监测，实现高度稳定和精准的飞行控制。 灭火飞行器的设计包括以下几个关键部分： 1. **控制系统**：经过比较，最终选择了方案二，即使用激光定高模块作为主要数据来源，数据传输至STM32F4进行处理，而非搭载沉重的摄像头和STM32F1。这样做可以确保飞行器在空中保持稳定，满足比赛对飞行性能的要求。 2. **飞行姿态控制**：通过激光传感器获取飞行高度信息，结合PID算法计算出飞行器的欧拉角，以保持稳定的飞行姿态。这使得飞行器能够准确地追踪和定位火源。 3. **高度测量**：激光定高模块用于精确测量飞行器距离地面的高度，确保飞行器能直接定位到火源位置。 4. **边界判断**：系统还包括一个边界判断模块，利用超声波测距技术确定飞行区域，防止飞行器超出设定的范围。 5. **无线通信**：nrf51422无线通信模块用于遥控器与飞行器之间的通信，实现了远程操控的功能。 6. **硬件组成**：除了上述组件，系统还包括电机调速模块，循迹模块以及无线通信模块，共同协作实现飞行器的全面控制。 整个设计过程涵盖了理论分析、电路设计、程序编写以及实际测试，充分体现了参赛者的创新思维和技术实力。这份设计报告不仅详细阐述了每个模块的选型理由，还提供了系统框图、电路图和程序流程图，展示了项目的整体结构和工作原理。此外，报告还附有元器件明细表、仪器设备清单和程序代码，为后续的研究和学习提供了宝贵的参考。这款灭火飞行器是智能电子技术在消防领域的成功应用案例。