基于STC15W4K61S4的开源微型四旋翼电路设计

简介：
本项目基于STC15W4K61S4单片机，设计了一款开源微型四旋翼飞行器电路。此电路集成了控制核心、电源管理及信号处理模块，为无人机爱好者提供了便捷的开发平台。 记得在大二下学期参加了2015全国电子设计大赛，并选择了C题“多旋翼的自主飞行器”。拿到瑞萨最小系统后，我开始编写各个模块的驱动代码，在开发环境Cube的帮助下，前期的工作进展顺利。 接下来是组装飞行器和制作电路板。两天时间里完成了这些工作，剩下的两天用于调试。电池供应不足是最让人头疼的问题之一，只能调停结合地进行调试。初次尝试算法不够成熟，直接借用之前做平衡车的经验。最终虽然飞得还算平稳，但题目要求自主飞行，在这方面遇到了难题。 我通过记录四旋翼起飞时的油门数据，并在起飞后手动调整（存在风险），实现了初步效果。比赛前一天晚上测试过程中发生事故：一块充满电的电池导致飞机飞得太快撞到天花板，损坏了一个电机和桨叶。幸运的是没有人受伤，队友们也很焦急。 经过一夜的努力，在早上六点前修复了飞机，尽管性能有所下降但基本任务仍可完成。第二天下午开始正式比赛，试飞时发现超声波线松动并迅速排除故障后进入比赛环节。（此处省略具体比赛结果） 赛后我有了制作小四轴的想法，并在网上查找相关资料，在STC的开源项目启发下动手实现了一个基于STM15W4K61S4的小型四旋翼飞行器。控制代码也进行了重写，现分享给大家，希望与大家交流。 该设计硬件包括：MPU6050传感器、电源模块、NRF24L01无线通信模块和720空心杯电机等，并采用串级PID控制策略实现姿态稳定。通过调整相邻电机的旋转方向以平衡飞行器的姿态角度，结合加速度计与陀螺仪数据进行融合处理。 系统硬件部分包括：主控芯片STC15W4K61S4、传感器MPU6050（三轴加速度和三轴角速度）、720空心杯电机以及AO3400A MOS管等。通过串级PID控制策略，内环使用PD控制器来处理角速度误差，外环则采用PI控制器以姿态角度为输入进行调节。 经过调试能够实现基本飞行功能，但参数仍需进一步优化，并且PCB设计过大导致重量过重等问题需要改进。整个项目从原理图到代码全部由我独自完成，在遇到问题时积极寻求解决方案的过程非常有意义和挑战性，也让我学到了很多知识并变得更加细心严谨。 最后附上一些测试视频供参考（效果欠佳，请勿苛责）。