八十三年度微電腦競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明文件 - 南臺(tái)科技大學(xué)

1、附件六d102年度全國微電腦應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)製作競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明文件作品名稱：四軸飛行器參賽組別：大專組參賽類別：第一優(yōu)先：機(jī)器人、自動(dòng)控制與儀表類第二優(yōu)先：智慧生活類第三優(yōu)先：信號(hào)處理與通訊類學(xué)校名稱：南臺(tái)科技大學(xué)科系所名稱：電子系指導(dǎo)老師：李博明隊(duì)員姓名：鄭嘉聖劉建良蔡昆融注意事項(xiàng)：以上資料必須與網(wǎng)路報(bào)名填寫資料一致，如有不符，以網(wǎng)路報(bào)名所填寫資料為準(zhǔn)。目 次項(xiàng)目頁次相關(guān)說明P0-1一、摘要P1-1二、系統(tǒng)架構(gòu)硬體說明,軟體說明P2-1三、製作原理P3-1四、設(shè)計(jì)方法P4-1五、測(cè)試方法P5-1六、操作實(shí)例手冊(cè)P6-1八、隊(duì)員工作劃分請(qǐng)?jiān)斒鰝€(gè)人工作內(nèi)容P7-1注意事項(xiàng)：以上各項(xiàng)說明僅供參考，文

2、稿為A4規(guī)格，電路圖請(qǐng)用A3規(guī)格繪製。實(shí)地測(cè)試時(shí)必須提供作品簡介紙本四份與工作日誌紙本一份供評(píng)審委員查核。作品簡介至多4頁，格式檔案請(qǐng)至競賽網(wǎng)站下載，工作日誌必須詳述隊(duì)員工作劃分與個(gè)人工作內(nèi)容，格式不限。文稿請(qǐng)以電腦繕打，否則不予受理。P0-1 相關(guān)說明* 1.與何單位之技術(shù)合作或協(xié)助研究？或曾接受何單位之經(jīng)費(fèi)贊助？2.曾引用何者之研究成果或作品等？請(qǐng)?jiān)敿?xì)說明3.本作品如在競賽前曾經(jīng)有獲獎(jiǎng)，請(qǐng)加以說明。4.就作品之創(chuàng)新性、完整性與可用性等加以說明。直升機(jī)以固定巡邏的方式，能夠以機(jī)械去替代人力，並且四軸直升機(jī)能夠無視地形障礙，由空對(duì)地進(jìn)行無死角攝像，既可以免除大量人力之外又能完成人力所不能集的地

3、方。研究問題：1.在設(shè)計(jì)機(jī)體架構(gòu)時(shí)，要考慮其重量、大小、風(fēng)向等因素對(duì)機(jī)體平衡之影響2.如何控制馬達(dá)及維持機(jī)身平衡3.如何在有外界因素的影響下維持機(jī)身平衡(例如人為推擠或是風(fēng)力的影響)4.如何結(jié)合Arduino和Android來達(dá)成使用智慧型手機(jī)控制機(jī)體5. Arduino 程式大多皆是參考極客工坊裡的研究結(jié)果而來，例如:濾波、PID code、mpu6050之使用方式。濾波: HYPERLINK :/www blogs /relax/archive/2021/01/14/2322290.html 、Mpu6050: HYPERLINK :/ geek-workshop /thread-1017

4、-1-1.html PID: HYPERLINK :/ geek-workshop /thread-704-1-1.html P1- 1 一、摘要此計(jì)劃是希望做出一臺(tái)可由Android手機(jī)控制之四軸直升機(jī)，由一對(duì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和一對(duì)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的螺旋槳組成十字型的機(jī)體型態(tài)，利用順時(shí)針與逆時(shí)針交錯(cuò)的方式來達(dá)到控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速就能控制機(jī)體的移動(dòng)，再藉由陀螺儀的原理使其維持平衡。移動(dòng)方式是藉由讓其中一邊的馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降，並讓對(duì)邊的馬達(dá)轉(zhuǎn)速上升及其他兩個(gè)馬達(dá)維持相同轉(zhuǎn)速，這樣就會(huì)往轉(zhuǎn)速下降的方向移動(dòng)，藉由這樣的方式達(dá)到控制前進(jìn)、後退、往左移動(dòng)或往右移動(dòng)，如果將四個(gè)轉(zhuǎn)速同時(shí)增強(qiáng)就能提高飛行高度；反之，四個(gè)轉(zhuǎn)速同時(shí)減

5、弱就能降低飛行高度。就本組的作品而言，其根本功能是在裝載各種裝置之後(如Arduino uno板、WiFi模板、陀螺儀等)，在添加電源上之後，能夠像直升機(jī)一樣停懸於半空中，並且因著陀螺儀來小幅度修正機(jī)身的平衡。在Android手機(jī)程式方面，能夠通過手機(jī)藉由AP分享器來連上機(jī)身上的WiFi模板，並藉WiFi來傳遞信號(hào)控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而達(dá)到控制機(jī)身前後左右的功能。簡單而言，就是運(yùn)用智慧型手機(jī)上的APP程式來達(dá)到控制機(jī)身的目的，並且系統(tǒng)本身能夠自主修正平衡相關(guān)的各種數(shù)值。P2- 1 二、系統(tǒng)架構(gòu)硬體說明、軟體說明硬體架構(gòu)圖:ArduinoUnoArduinoWiFi moduleAndroidCel

6、l PhoneElectronic Speed ControlMPU6560Brushless Motor#1Brushless Motor#2Brushless Motor#3Brushless Motor#4Electronic Speed ControlElectronicSpeed ControlElectronic Speed Control軟體說明:首先取得MPU6050的加速度及角速度的數(shù)值，之後利用簡單的算式將數(shù)值轉(zhuǎn)換成角度，之後可能會(huì)因?yàn)槭艿酵庠谝蛩氐母蓴_而造成角度的錯(cuò)誤，因此加上了卡爾曼濾波使角度能處於較穩(wěn)定的狀態(tài)，在將濾波後的角度進(jìn)行PID控制系統(tǒng)的計(jì)算來得到所需要平衡的

7、輸出值；再來試手機(jī)控制的局部，如果有接收到手機(jī)控制的訊息就切換到控制模式，如果沒有訊息則維持在平衡狀態(tài)。P3- 1三、製作原理四軸飛行器的四個(gè)螺旋槳必須為兩對(duì)正反槳，正槳及反槳皆要對(duì)角，這是為了防止水平力量造成飛行器自旋。將手機(jī)的資訊藉由Wifi傳遞給Arduino後，將控制訊號(hào)輸出給電變以控制無刷馬達(dá)。MPU6050(陀螺儀、加速度計(jì))智慧型手機(jī)Wifi卡爾曼濾波PID控制器電子變速器(ESC)Arudino無刷馬達(dá)P4- 1四、設(shè)計(jì)方法在還未開始製作實(shí)體本身之前，我們小組先運(yùn)用繪圖軟體Blender來模擬繪製機(jī)身，使我們能夠在還未開始製作機(jī)身之前將預(yù)先發(fā)現(xiàn)的問題解決，並且能夠事先了解製作機(jī)

8、身會(huì)需要運(yùn)用到什麼材料。之後，我們使用了CNC來刻製機(jī)身，將我們所要的機(jī)身及各部位的零件製作完成，並且依照在測(cè)試時(shí)所發(fā)現(xiàn)的問題去刻製所需要的零件(如避震等)。下圖為在測(cè)試時(shí)因遇到震動(dòng)問題所設(shè)計(jì)的防震裝置，圖1是在用CNC刻出的板子上裝上防震軟墊用以減輕震動(dòng)的影響，圖2則是將防震裝置裝在機(jī)身上的完成圖。圖1圖2P5-1 五、測(cè)試方法首先，先開起電源，在手機(jī)端起動(dòng)油門後，飛行器可以起飛離地一小段局部，並在停懸起飛後做小幅度移動(dòng)來修正機(jī)身的平衡，接著按下手機(jī)上的按鈕，傾斜手機(jī)以控制四軸飛行器，手機(jī)開起遙控時(shí)，手機(jī)往前傾時(shí)，一顆馬達(dá)轉(zhuǎn)速加快使得飛行器往前；手機(jī)往後傾時(shí)亦同，飛行器往後；手機(jī)向右傾，飛行器向右移動(dòng)；手機(jī)向左傾，飛行器向左移動(dòng)；手機(jī)關(guān)閉遙控時(shí)，飛行器在原地停旋。這樣則完成測(cè)試。圖1圖2四軸直升機(jī)動(dòng)作示意圖P6-1 六、操作實(shí)例：手冊(cè)(1) 接上電源後，等待數(shù)十秒後確認(rèn)Wifi板的紅燈亮(2) 打開名為 MyQuadWifi的APP程式(3)輸入Wifi板的IP Address，點(diǎn)擊connect按鈕(4) 確定連接成功後，點(diǎn)擊開始鈕(5) 拖拉油門表，調(diào)整油門，決定飛行器高度(5) 傾斜手機(jī)控制飛行器(6) 點(diǎn)擊關(guān)閉鈕取消遙控(7) 點(diǎn)擊返回，離開程序圖1P7-1 七、隊(duì)員工作劃分請(qǐng)?jiān)斒鰝€(gè)人工作內(nèi)容，供評(píng)審委員參考大綱細(xì)項(xiàng)鄭嘉聖蔡昆融劉健