第一次在ST论坛发帖，以前都是瞎逛，在大佬的帖子里学习了不少东西，这次看到这个什么创意挑战赛，说实话我也没看明白怎么参加这活动，什么格式啥的有啥要求，其实得不得奖无所谓，在这我主要把我做飞控的一些经验分享一下，如果大家喜欢，后期可能或软硬件全部开源。
既然是用STM32 那就用彻底了，而且我整的无人机从遥控到电调，到最终的主控全系列STM32,制版，程序全部自己来，遥控用的STM32F103C8,电调用的STM32F051 ，飞控用的STM32F446.

a316363723 发表于 2020-4-29 14:18
' f7 x$ j- o0 `( Q* P* d: S大佬，你这个可以飞多久呢？

目前是3S 2200 电池 测了一下13分钟左右

分享以下无刷电调的设计经验，无刷电调用的STM32F051,选择这个是因为自带比较器，这样采用虚拟中性点过零点换向的方法就比较好实现，另外，STM32自带的高级定时器输入互补PWM也是节省了不少时间，我使用的是传统的方波六步，原理比较粗暴，哪一相关断，直接把对应的GPIO配置为下拉输出，哪一相需要PWM调制，在配置为PWM复用输出，全部寄存器操作，节省了不少时间。利用了比较器的中断，换向事件完全在中断里解决。以下为方波六步的前两步代码，其他的以此类推。
" x9 o- M, ?0 kvoid STEP1( int PWM)
. `  Q2 Z& d2 r{

TIM1->CCR1=PWM;
( k* L; s! v! Z' z TIM1->CCR2=PWM;
TIM1->CCR3=PWM;  //给占空比
: l  b, G, a. c  P //关T5
GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XffDFFFFF)|0X00100000; //PA10输出
GPIOA->BRR=0X00000400;//PA10置0
//关T6
GPIOB->MODER=(GPIOB->MODER&0XFFFFFFF7)|0X00000004; //PB1输出
$ _- `: [1 f% u3 _: Y. j GPIOB->BRR =0X00000002;//PB1置0
//常开T4
GPIOB->MODER=(GPIOB->MODER&0XFFFFFFFD)|0X00000001; //PB0输出
GPIOB->BSRR =0X00000001;//PB0置1
//关T3
$ ]* o8 d' N: t; A" b. x GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFF7FFFF)|0X00040000; //PA9输出
+ D  `; E9 o0 X. N; J% T% \( s# t GPIOA->BRR=0X00000200;//PA9置0
//开T1PWM
& P6 V6 i7 {) e9 s GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFFEFFFF)|0X00020000; //PA8 PWM
. O! ~. H& G4 p. q8 I+ C& O- o8 F: ~ //关T2
: E) `; R# O6 e. Y GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFFF7FFF)|0X00004000; //PA7输出
GPIOA->BRR =0X00000080;//PA7置0
1 S- N: [8 ]+ y}

  u8 T. {0 T+ M! O$ A8 Evoid STEP2( int PWM)
{
7 r! J: D6 [1 U2 o7 H7 y. C% } TIM1->CCR1=PWM;
4 {. \6 G6 `* e2 w9 H* u2 S TIM1->CCR2=PWM;
* d6 g4 X) R/ w5 W; \$ G/ Z TIM1->CCR3=PWM;  //给占空比
//关T4
GPIOB->MODER=(GPIOB->MODER&0XFFFFFFFD)|0X00000001; //PB0输出
GPIOB->BRR =0X00000001;//PB0置0
9 B) r3 {: n8 {2 J, c //关T3
5 [& U6 p) m( e; P+ u5 s2 M GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFF7FFFF)|0X00040000; //PA9输出
6 B# D5 c( e) _) J3 j* f GPIOA->BRR=0X00000200;//PA9置0
//T1常开
GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFFDFFFF)|0X00010000; //PA8输出
0 Z% H: C5 ~* t" }' e7 o GPIOA->BSRR=0X00000100;//PA8置1
3 e3 ^# c" h2 r3 K0 h6 F //关T2
5 q  J3 Z2 z/ o# p2 n3 h GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XFFFF7FFF)|0X00004000; //PA7输出
GPIOA->BRR =0X00000080;//PA7置0  
& B- F8 l4 q- O //开T6PWM
GPIOB->MODER=(GPIOB->MODER&0XFFFFFFFB)|0X00000008; //PB1 PWM
9 p1 \. X( t% K6 Z //关T5
GPIOA->MODER=(GPIOA->MODER&0XffDFFFFF)|0X00100000; //PA10输出
. C) h6 }% k9 G( s GPIOA->BRR=0X00000400;//PA10置0  
}

FDA生成的滤波器滤波器参数本质上是，冲击响应函数，两个系数矩阵，他这里还有一个增益Gain，我们用的时候只需要把这个转为差分方程就可以，下面我直接贴上代码
( e( `! H) f! @- ]' F, ?+ Nfloat Butterworth_Low_Pass(float Data_IN) //2阶巴特沃斯低通滤波器截止频率30HZ FS=1000
4 D% J& N+ ]. K" A* q& ]: N{
float Gain=0.0078202080334971915 ;
- r  ^  T$ |' e7 ]; A. [" @& r
float b[]={1,2,1};
, u$ N! n2 M: @+ H: T& b float a[]={1, -1.7347257688092752 , 0.76600660094326389 };
' |7 P& Z, z8 ~  h& B
9 q! G. B! W# F& Q* Y" o9 g" T3 k2 w static float Last_Data_IN=0;
* P. l5 }; Z5 \& d) [ static float Last_Last_Data_IN=0;
  float Data_OUT;
: {$ y: m2 @: y* R! R static float Last_Data_OUT=0;
( j, k/ U+ _6 ~" E' T% T static float Last_Last_Data_OUT=0;
Data_OUT=(Gain*(b[0]*Data_IN + b[1]*Last_Data_IN + b[2]*Last_Last_Data_IN) - a[1]*Last_Data_OUT - a[2]*Last_Last_Data_OUT)/a[0];
6 f/ S) c, {  k$ O, H1 J9 v" }. P Last_Last_Data_IN=Last_Data_IN;
7 N& x4 D0 _- `  }( R Last_Data_IN=Data_IN;
Last_Last_Data_OUT=Last_Data_OUT;
, c$ Q! g0 m) Y4 X3 ]& E Last_Data_OUT=Data_OUT;
3 V2 y; p0 A) X3 M2 ^9 Q/ G  return  Data_OUT;
}
上面代码Gain即为matlab生成的Gain参数，b和a分别对应matlab中的Num参数与Dem参数，函数输入为带滤波的数据，返回为滤波后的数据，需要注意的是，我是按采样频率为1000HZ设计的，就必须要求该函数的执行周期为1ms，不然滤波效果就与期望的不符了。
# E0 `6 @1 U( E3 a$ o5 o& G! h

先来个整体图片吧，首先，最关注的可能是飞控，简单介绍一下硬件情况，主控此次用的是STM32F446 180MHZ主频，陀螺仪ICM20689(后期换为精度更高的BMI088)，磁力计AK8975,气压计MS5611(后期换为精度更高的SPL06)。

两张图，降压模块用的TPS5430 ,通信模块用的NRF24L1+,预留了ST_LINK的调试接口，飞控部分硬件其实没啥，主要在于软件，注意：图中的PCB和原理图不是完全对应，由于我后期再接在PCB界面更改了部分芯片，原理图没有更新，以PCB为准。不知为何打样回的PCB丝印层跑偏了，凑合用吧。
3 ]5 }! ]+ X0 a

用到F446主要是因为飞控算法会用到大量的浮点运算以及三角函数等，32F4系列的DSP功能，还是不错的，特别是三角函数库，快的一批，底层的话主要是传感器驱动，陀螺仪SPI, NRF24L01 SPI ,还有个flash也是SPI, 正好把F446的三个SPI全占用了，其余磁力计和气压计 走的IIC，模拟IIC ,毕竟这两种传感器实时性要求不是特别高，对于陀螺仪的选取，很多飞控用的都是MPU6000系列的，算得上是经典了，资料也多，其实最新的ICM系列（MPU系列升级系列）性能上更好，比如ICM20602,20689等，我一开始也是按ICM20689设计的，后来偶然发现博士的一款BMI888陀螺仪，参数更好，而且据说超强抗震，所以就临时换了博士的，但是，说实话，和ICM系列相比飞起来差别不大感觉，除了加速度计数据能好看点，但博士的一片块陀螺仪30元了，

遥控器用的STM32F103 ,毕竟没有那么高的运算量，简单采集的摇杆电压，通信就行，另外，遥控器部分也加入了陀螺仪与磁力计，可以实现类似重力感应控制的功能。供电采用的是18650电池，USB接口充电，充电芯片烂大街的TP4056，加了一个比较“高大上的屏幕，串口控制”，有上位机编辑界面，感觉挺好用，减轻了不少单片机的负担，再配合上串口DMA,完全不占用CPU资源，另外这里的NRF24L01，使用了带数据的ACK功能，实现了双向传输，飞机也可以把数据回传给遥控，比如姿态信息，剩余电量等。
; k4 t& {9 i! T9 {3 Y0 C

先说一下，等明天我上传个飞行视频，，接下来是电调，其实我主要学的就是电机控制这方面，做飞控主要是兴趣爱好，但是电调就偏硬件比较多了，（感觉电调比飞控难啊）涉及到无刷电机的控制，调速等等，这个电调来来回回我也做了好几版，最初的是用N+P结构的，后来换成全N结构，上了独立的MOS驱动，由于32F051自带比较器，这个真是太好了，话说除了F3和现在的G0,G4系列，其他的32系列都没有硬件比较器了吧，这个东起感觉用途还是非常大的，大家看看，我这电调前三板都是牺牲品，第三版其实基本没有问题了采用的是全NMOS，STM32F051+FD6288芯片，但是我嫌放飞机上走线不方便了，就有了最后的第四版，把四个电调放一起，放到飞机中心支架上，这样好处是，稳压芯片可以共用，滤波电容也不用单独放，正好放在我的330机架上，完美。

另外电调的协议我介绍一下，传统电调基本都是PWM信号，根据PWM高电平时间决定占空比，新一点的现在都是数字电调，比如Dsht600啥的，鄙人也研究过这个Dshot协议，挺好，但是转到STM32上，我就没整成，其实就是定时器配合DMA，接收数据，后来一寻思，串口不是更好么，DMA不比定时器简单多了，最后就整成串口的了，而且四个电调的RX我接到了一起，接到主控F446的一个TX上，主控一下发送四个电调的油门信息，各个电调把自己的那部分提取出来，舍弃其他的就可以了，这样，四个电调只需要一个数据线，当然保证实时性，串口波特率要比较高，板间通信也无所谓了，缺点就是，这个电调通用性不好，甚至是没有通用性，只能配合我这个飞控。
! Y+ L3 w$ v8 u" B

自己回复自己的贴子还需要审核

侯元祥 发表于 2020-4-28 08:58
自己回复自己的贴子还需要审核

4 ]  H( ?$ N5 D( y, q发的多了就不用了

大老牛

不错，支持

视频

大佬，你这个可以飞多久呢？

分享一下滤波器的设计把，特别是飞控中，不论是陀螺仪还是加速度计都含有大量的高频噪声，怎样设计滤波器是关键，这里我推荐用matlab自带的FDA滤波器设计工具，打开FDA，可以配置滤波器参数，以飞机常用的IIR巴特沃斯滤波器为例，采样频率FS根据你的陀螺仪输出速率而定我这里是1000HZ，Fc为截止频率，即高于该频率的信号一律滤除，我这里选择30HZ,点击下面的Design Filter，即可生成滤波器，点击Analysis_Coefficientts 就可以查看滤波器的参数了，有了这个参数，怎么用在单片机上，下面再说。