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本系统采用STM32F427VIT6作为主控芯片，引入FreeRTOS 实时操作系统，实现任务调度。外围器件包括：陀螺仪、加速度计、磁力计作为飞行姿态测量传感器（姜杨，薛艳峰，陈剑涛.某型无人机飞控系统设计与实现[J].计算机测量与控制,2009/17/5）。使用高精度GPS 和北斗模块混合为系统提供位置信息，使用超声波和气压计获取系统高度信息，采用高精度单向激光扫描的方式来完成智能避障，采用无线控制芯片nRF24L01+实现飞行器和遥控端的数据交互。控制算法上采用角度/角速度——双闭环PID ，角度作为外环，角速度作为内环，同时，利用ESP8285物联网模块和云服务器实现了对飞控系统的OTA 升级功能。该方案增强了系统的抗干扰性，飞行控制上也更稳定，提高了操控容错率。 1.系统框架设计方案
本系统可分为飞行器和遥控端两大模块。
飞行器系统以STM32F427VIT6为控制核心（张悦.基于ARM 处理器的无人机飞行控制计算机设计[D].哈
尔滨”哈尔滨工程大学,2007:2-3），外围包括十轴陀螺仪、BMP280气压计、NEO-6MGPS 模块、单向激光模块、HC-SR04超声波模块、nRF24L01+芯片模块等。4个通道的PWM 输出分别对应M1、M2、M3、M4，4个电机的控制信号。2个通道的ADC 分别监测两个锂电池组的实时电压值。十轴陀螺仪采集X 、Y 、Z 三个轴向的加速度、角速度、磁场数据和气压数据，通过串口的方式传输给主控。BMP280气压计以串口的方式通信，传输实时气压数据给主控芯片。GPS 模块采集当前卫星数、经纬值、海拔、地速、绝对时间等数据，并通过串口反馈给主控。超声波模块用于起飞和降落时对地面绝对高度的判断，辅助降落和起飞。单向激光是系统避障功能的核心器件，发射和接收红外激光来判断障碍。nRF24L01+芯片和外围功放电路将主控芯片采集的数据发送出去，并接收遥控发送的控制数据。飞控系统设计框架如图1超音频电源
所示。
图1 飞行器系统框架图
遥控端系统以STM32F427VIT6为控制核心，包括蜂鸣器、OLED 屏幕、摇杆、按键、ESP8285芯片。4个通道的ADC 分别检测两个摇杆的电位数据。一个通道ADC 用来检测遥控锂电池实时电压，根据电压测算电池剩余电量。OLED 屏幕显示飞行器的高度、速度、经纬位置及飞行器当前剩余电量和
遥控剩余电量。蜂鸣器提供避障、低电量报警等相关行为信号的提示。nRF24L01+芯片和外围功放电路将主控芯片采集的数据发送出去，并接收飞行器反馈数据。按键提供一键返航等扩展功能。ESP8285芯片为后期扩展功能，通过对BootLoader 程序的重新编写，驱动ESP8285芯片连接外网，访问云服务器查询版本号，调用flash 擦写函数，实现了飞控系统的OTA 升级。遥控端系统设计框架如图2所示。
广西民族师范学院 杨才广 姚志兴 谭永镇 凌子嵌 凌永国 黄设新
基于STM32的无人机飞行控制系统
基金项目：2016年广西教育系统维护学校安全稳定立项项目(20161A019)； 2017年广西高校中青年教师基础能力提升项目《基于图像处理的交通道路两侧候车乘客自动检测系统》（2017KY0839）；广西民族师范学院科研资助项目（2016YB038）；2018年广西区大学生创新创业项目（201810604045）。
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数据（薛亮.基于状态约束的MIMU/磁强计组合姿态估计滤波算法[J].中国惯性技术学报,2009/17/3）（张树侠.捷联式惯性导航系统[M].北京：国防工业出版社,1992,10），期望角度减去测量角度得到偏差角度，这个偏差角度作为角度环的输入，经过角度环PID 后输出期望角速度。角速度环PID 控制器，测量角速度来自于去除偏移量之后的陀螺仪角速度数据（秦永元 卡尔曼滤波与组合导航原理[M].陕西：西北工业大学出版社,1998,11），角度环PID 输出的角速度作为其期望角速度减去测量角速度得到一组偏差值，这组偏差值作为角速度环的输入，经过角速度环PID 后输出姿态控
制量，融合PWM 占空比，进而控制电机。Z 轴高度PID 控制器，采用两颗BMP280高精度气压计，并融合GPS 的海拔数据，融合之后的数据作为高度测量值，高度期望值来自于Z 轴设定值的积分，期望值减去测量值得到偏差值，偏差值用作Z 轴高度PID 控制器的输入，输出侧是油门控制变化量，这个值加上油门基准值就得到了实际油门值。位置PID 控制器，自主悬停时及遥控不输出，根据当前GPS 的经纬数据来输出相应的控制量数据（章大勇.基于测姿GPS 及电子罗盘组合的姿态估计算法研究[D].浙江大学），让飞行器自稳在一个位置，从而达到自主悬停的稳定。系统具体算法流程如图3所示。
3.FreeRTOS任务调度框图
本系统加入了FreeRTOS 实时操作系统来实现各任务间的切换，提高系统的实时性。图4所示为任务
关系框图（图中箭头方向代表了数据传递的方向，任务框对应的数字编号为该任务优先级编号，数值越大优先级越高）。
远红外纺织品检测4.结论
本系统以STM32F427VIT6作为主控芯片，引入FreeRTOS 实时操作系统实现多任务调度。使用高精度GPS 和北斗模块混合为系统提供位置信息，使用超声波和气压计获取系统高度信息，采用高精度单向激光扫描的方式来完成智能避障，采用无线控制芯片nRF24L01+
实现飞行器和遥控端的数据交互。系统在户外
图2 遥控端系统设计框架如图
热敏电阻测温电路图3 算法流程图
图4 任务关系框图
2.算法流程图
本系统核心控制算法为双闭环PID 控制算法。角度环PID 控制器，期望角度来自于遥控，测量角度来自于十轴陀螺仪模块的融合
空旷且干扰较少的情况之下，有效控制距离约80米。在遥控不操作，即自稳状态下，飞行器能保持平稳且位置和高度上没有大幅度变化。通讯作者：凌永国，男，广西百人，广西民族师范学院讲师，研究方向：图像处理、信号处理、嵌入式技术及应用。
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