2。3 飞控电路设计

四旋翼飞行器能够稳定飞行，需要姿态传感器的精准的姿态测量，同时将姿 态传入单片机，单片机经过数据滤波、姿态结算，进而对飞行器进行闭环控制。 想要实现室外物体的定点投送，则飞行器方面还要加上 GPS 模块进行室外二维定 位，需要超声波进行定高控制，还要电子罗盘进行航向的锁定。为了调试方便， 在与上位机通信时，还需无线传输模块。除此之外，还要有必要的电源电路给各 芯片模块供电。如图 2-3 所示为飞控板硬件电路结构框图。

图 2-3 飞控板硬件电路结构框图

2。3。1 微控制器

本文使用的微控制器为 ST 公司生产的高性能微控制器 STM32F103C8T6，是 基于 Cortex-M3 架构内核的 32 位处理器产品，内置 Flash 大小达 64KB、RAM 大 小达 20KB、内部集成了 12 位的 ADC、4 个 16 位的定时器计数器、3 路 USART 通 信接口等资源，时钟频率最高可达 72MHz，产品性价比很高，加之 ST 公司工程 师给该系列芯片开发的一套高效、便捷、实用的固件库，使该系列芯片一上市就 受到广大开发工程师的青睐。本文使用的是 LQFP48 的芯片封装，如图 2-4 所示。

图 2-4 LQFP48 封装的 STM32F103C8T6

STM32F103C8T6 单片机工作需要电源、晶振、复位这三个基本电路，电源电 压为+3。3V，稳压电源使用 662K 三端稳压块稳压供电。晶振电路由 8M 的外接晶 振和 2 个 22pF 的电容组成，其单片机内部可倍频到 72M，运行速度很快。复位 电路由 RC 电路组成，是低电平复位，使用按键可手动复位。其工作的最小系统 电路如图 2-5 所示。

STM32F103C8T6 最小系统电路

2。3。2 姿态传感器 MPU-6050

本文所用的姿态传感器是 MPU-6050。MPU-6050 是全球首例 9 轴运动处理传 感器，它内部集成了 3 轴陀螺仪和 3 轴加速度计，可扩展的数字运动处理器 DMP

（DigitalMotion Processor），可用 I2C 接口连接一个第三方的数字传感器，比 如电子罗盘。文献综述

MPU-60X0 对陀螺仪和加速度计分别用了三个 16 位的 ADC，将其测量的模拟 量转化为可输出的数字量。为了满足高速和低速运动的测量，该传感器可由用户

控制测量范围，陀螺仪的测量范围为：±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps）， 加速计的测量范围为：±2，±4，±8，±16g。芯片封装如图 2-6 所示。

图 2-6 MPU6050 封装

该传感器工作需要外围电路的支持，其外围电路如图 2-7 所示。

图 2-7 MPU6050 工作电路

2。3。3 GPS 模块

本文使用的是 u-blox 低功耗 GPS 模块 MAX-7Q，该模块水平位置定位精度在 5～10 m 内，所能跟踪的卫星数越多，性能越好，定位精度越高。模块外观如图

2-8 所示。

2。3。4 超声波模块

飞行器定高使用 HY-SRF05 超声波模块，该模块支持 3。3V 供电，静态电流小 于 2mA，感应角度不大于 15 度，探测距离为 2cm-450cm，精度可达 3mm。其外观 如图 2-9 所示。

图 2-9 超声波模块

2。3。5 电子罗盘（磁力计）

民用 GPS 模块的航向精度性能并不好，所以选用专业的测量航向的传感器— 磁力计 HMC5883L，即电子罗盘。HMC5883L 采用表贴封装，是价格低廉、性能优 越的电子罗盘，应用于磁场检测的较低端领域。其内部集成了放大电路、自动消 磁电路、磁场偏差校准、可将磁力计精度稳定在 1°到 2°的 12 位 AD 转换器。 本文使用的是 GY-273 模块，使用该模块省去了焊接 HMC5883L 芯片的麻烦，且简 单易用、性能稳定。其模块实物如图 2-10 所示。