如何打造完美的四軸飛行器軟硬件設計

四軸飛行器，也被稱為四旋翼飛行器、四旋翼直升機。作為一種多旋翼飛行器，四軸飛行器在這幾年迅速搶灘，并成為了市面上的熱門產品，應用前景十分開闊，但受限于特有的復雜結構，目前市面上的四軸飛行器還是以中小型為主，大型的四軸飛行器設計 比較少見。

而對于設計師們來說，要想打造一個完美的四軸飛行器，通常需要從軟件設計和硬件設計兩方面重點把控，同時，還要保持整個四軸飛行器項目的統一。

1.在硬件設計方面

四軸飛行器的整個硬件設計主要包括電源模塊，控制模塊，電機驅動模塊，傳感器模塊和通訊模塊四個方面：

電源模塊主要提供給多個模塊供電，提供的電壓主要分為三種3.3V，5V，3.4V-4.2V。其中3.3V主要是給控制器和姿態傳感器供電；5V主要是給通訊模塊供電，3.4V-4.2V（電池直接輸出）主要是給電機供電。  

而通訊部分主要是來自遙控器的四個通道信號。分別俯仰，橫滾，自旋和油門的指令；傳感器模塊作為飛行器的姿態檢測部分，將檢測到的角速度和角加速度信號通過控制器轉化成角度，用角度信號作為當前飛行器的姿態，與遙控部分的信號比較行程所需的閉環控制。  

主控制器則處理通訊接收的遙控信號和傳感器采集的姿態信號，對數據分析后進行融合處理，最終通過PID算法得出電機的控制值，其值最終以PWM的方式輸出來驅動電機。

2. 在軟件設計方面  

控制系統軟件采用C語言編寫，對于STM32系列微處理器，ST公司提供了強大的庫函數功能，使得整個軟件系統的設計可以更多的注重算法和軟件架構上。四軸飛行器的硬件系統和軟件系統的最終設計都是為控制電機轉速來服務的，所以控制電機轉速的PWM波是軟件系統的最終輸出。  

軟件系統的主要功能有接收遙控器數據并進行解析，讀取姿態傳感器中角速度和加速度的數據并進行數據融合，串級PID算法結合從遙控收到解析后的目標角度和數據融合后的當前角度得出控制電機所需的PWM波。

除了在軟件設計和硬件設計兩方面重點把控外，設計師還要注意四軸飛行器的機架、電調、飛控、無刷電機等方面的設計，從細節把控整體，完善整個四軸飛行器的開發。