无人机设计中STM32库实现的模拟i2c代码

目前发现国内正儿八经机器人、无人机并且还能活跃地上网关注行业前沿动向、热爱写科普文章的研究人员原来越少。因此所有的研究回答里都没有人真正说明白无人机到底是什么，而理解无人机到底是什么才是回答这个问题的先决条件。

什么是无人机

首先，无人机就是不载人的飞行器，而说到飞行器，通常我们又可以把飞行器分为三类。

1、固定翼(fixed wing)。平时坐的波音747空客A380，还有F-16歼-15之类的都是固定翼飞机。顾名思义就是翅膀形状固定，靠流过机翼的风提供升力。动力系统包括桨和助推发动机。固定翼根据机翼尺寸的不同还有很多小的分类，在此不细说。固定翼飞行器的优点是在三类飞行器里续航时间最长、飞行效率最高、载荷最大，缺点是起飞的时候必须要助跑，降落的时候必须要滑行。

2、直升机(helicopter)。特点是靠一个或者两个主旋翼提供升力。如果只有一个主旋翼的话，还必须要有一个小的尾翼抵消主旋翼产生的自旋力。为了能往前后左右飞，主旋翼有极其复杂的机械结构，通过控制旋翼桨面的变化来调整升力的方向。动力系统包括发动机、整套复杂的桨调节系统、桨。直升机的优点是可以垂直起降，续航时间比较中庸，载荷也比较中庸。缺点是极其复杂的机械结构导致了比较高的维护成本。

3、多旋翼(multi-rotor)。四个或者更多个旋翼的直升机，也能垂直起降，但是通常只有直升机叫直升机，多旋翼就叫多旋翼，而不叫多旋翼直升机。四旋翼特别叫做quadrotor。多旋翼机械结构非常简单，动力系统只需要电机直接连桨就行。下图是直升机的动力系统结构，再下图是多旋翼的动力系统结构。不懂机械的人也能看出多旋翼简单得多。多旋翼的优点是机械简单，能垂直起降，缺点是续航时间最短，载荷也最小。

给大家介绍下四旋翼无人机，看看啥是真正的技术，吼吼吼......

1.i2c通信方式

因为我不是学电类专业，最开始对i2c这些是没有一点概念，最后通过Google了解了一些原理，然后发现STM32的开发库是带有i2c通信的相关函数的，但是我最后还是没有用这些函数。

我通过GPIO模拟i2c,这样也能获得mpu6050的数据，虽然代码多了一些，但是比较好的理解i2c的原理。

STM32库实现的模拟i2c代码（注释好像因为编码问题跪了）：

2.PID控制算法

由于简单的线性控制不可能满足四轴飞行器这个灵敏的系统，引入PID控制器来更好的纠正系统。

简介：PID实指“比例proportional”、“积分integral”、“微分derivative”，这三项构成PID基本要素。每一项完成不同任务，对系统功能产生不同的影响。

以Pitch为例：

error为期望角减去实时角度得到的误差；

iState为积分i参数对应累积过去时间里的误差总和；

if语句限定iState范围，繁殖修正过度；

微分d参数为当前姿态减去上次姿态，估算当前速度（瞬间速度）；

总调整量为p,i,d三者之和；

这样，P代表控制系统的响应速度，越大，响应越快。

I：用来累积过去时间内的误差，修正P无法达到的期望姿态值（静差）；

D：加强对机体变化的快速响应，对P有抑制作用。

PID各参数的整定需要综合考虑控制系统的各个方面，才能达到最佳效果。

3.输出PWM信号

PID计算完成之后，便可以通过STM32自带的定时资源很容易的调制出四路pwm信号，采用的电调pwm格式为50Hz，高电平持续时间0.5ms-2.5ms；

我以1.0ms-2.0ms为每个电机的油门行程，这样，1ms的宽度均匀的对应电调的从最低到最高转速。

至此，一个用STM32和mpu6050搭建的飞控系统就算实现了。