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1、 太原理工大学毕业设计(论文)用纸基于Android手机的多轴飞行器姿态控制系统摘 要随着Android开发技术的日趋成熟，基于Android操作系统的手机使用也越来越广泛，从而Android手机的音频接口技术的发展也引起了软件开发人员的广泛关注，可以利用音频接口进行相关的控制。音频接口通常与前置麦克、线路输入和其他一系列的输入设备配合使用。在深入理解Android开发技术和音频接口后，构建了一个小型控制系统。该系统中通过Android平台播放纯音文件，纯音文件播放使得音频接口输出正弦波信号，并通过Android端的程序控制信号的幅度和频率。Android端通过音频线与ARM开发板连接，ARM
2、开发板将接收的信号转换为遥控器所需的模拟信号，从而控制遥控器发出无线电波控制多轴飞行器的姿态。Android端的音频接口输出四路信号，左、右两个声道的幅度和频率信号分别对应多轴飞行器的俯仰，横滚，偏航和油门四个姿态。该设计最终实现了将Android平台输出的音频信号转换为四路的数字信号，还未能在实体的多轴飞行器上进行测试。关键词 Android；音频；单片机The Multirotor Attitude Control System Based on AndroidAbstractWith the maturing of Android development technology, base
3、d on the Android operating system is becoming more and more widely used. so the Android mobile phone audio interface technology development also caused wide attention of software developers, can use to control audio interface. Audio interface and pre - mike usually, line input and a host of other in
4、put devices.In the deep understanding of the Android development technology and audio interface. I built a small control system. The system through the Android platform in the play pure tone files, pure tone file broadcast audio interface output sine wave signal, and through to the Android program c
5、ontrol signal amplitude and frequency.Android through audio line connected to the ARM development board, ARM development board will receive signals into analog signals required for remote control, remote control to control a radio control multi-axis vehicle attitude. Androids audio output interface
6、four-way signal, the amplitude and frequency of the left and right two channel signals respectively corresponding to the pitch of multi-axle vehicle roll and yaw and the throttle four gesture.Finally achieved the design of the Android platform of the output audio signal can be converted into four di
7、gital signal of the road. But not on the entity of multi-axle vehicle test.Key words Android; Audio; Development board目 录摘 要iAbstractii1 绪论11.1 研究的相关背景11.1.1 多轴飞行器的发展11.1.2 多轴飞行器的控制方式21.1.3 多轴飞行器的手机控制方法21.2 设计目的21.3 论文的构成概要32 Android开发平台及ARM开发板42.1 系统概述42.2 Android软硬件平台介绍42.2.1 Android架构42.2.2 Andro
8、id硬件平台62.2.3 Android开发环境62.3 ARM开发板Tiny M0介绍92.3.1 Tiny M0开发板92.3.2 Tiny M0开发环境102.4 CY8CKIT-050开发板133 系统各功能模块的设计与实现193.1 系统构成193.2 双声道音频信号控制模块193.2.1 Android音频应用开发193.2.2 音频信号幅度控制213.2.3 音频信号频率控制223.3 位姿控制模块233.3.1 Android传感器应用开发233.3.2 Android方向传感器数据的获取243.4 控制信号转换模块253.5 飞行器遥控器的改造294 系统集成与功能测试314
9、.1 系统整体构成314.2 Android端控制软件设计与实现314.3 Tiny M0端控制软件设计与实现355 结论425.1 本设计所做的主要工作425.2 本设计实现的功能425.3 本设计的不足之处42参考文献43致 谢44外文原文45中文翻译55611 绪论1.1 研究的相关背景1.1.1 多轴飞行器的发展多轴飞行器，是一种具有两个旋翼以上的旋翼航空器。由每个轴末端的电动机转动，带动旋翼从而产生上升动力。通过改变不同旋翼之间的相对速度可以改变推进力的扭矩，从而控制飞行器的运行轨迹。因为多轴飞行器容易制造和控制，所以常用来制作模型和遥控飞行器，常见的有四轴、六轴、八轴飞行器。20世
10、纪50年代，Convertawings公司在纽约的Amitycille制造了一架旋翼式四轴直升机，Convertawings Model“A”飞行器。Convertawings Model “A”飞行器设计中，其两侧并没有添加额外的旋翼，而是利用旋翼间协调，产生不同的推力对飞行器进行飞行姿态控制，因此Convertawings Model “A”飞行器是第一个设计成功的真正意义上能够成功向前飞进的四轴飞行器。近年来，随着新材料科技、MEMS等一些学科的蓬勃发展，小型多轴飞行器的开发和研制又出现了新的方法，也使得多轴飞行器的研究有了新的方向。国际上针对多轴飞行器已经有很多的研究案例与研究成果，然
11、而我国对多轴飞行器的研究成果还很少。近年来，很多国内高校开展关于多轴飞行器方面的研究工作。从多轴飞行器的发展现状可以看出我国在该领域与发达国家的差距还很大，必须加大自身的研发力度，开展自主研发工作。多轴飞行器以其独特的结构和简洁的系统构架与传统飞行器相比有明显的优势。（1）以高能电池作为能量与油动力飞行器相比噪音更低，可实现低空飞行不易察觉。（2）垂直起降保证其在在较狭小的空间就可以稳定飞行，与定翼飞行器相比有不受场地限制的优势。（3）简单的机械部件组成(仅电机轴承为机械部件)与传统直升机（有较复杂的机械部件与传动结构）相比，维护相当简单。（4）体积小、重量轻、载重量大是多轴飞行器的一个明显优
12、势。（5）整机全电子增稳，操作简单。自主导航可实现全自动飞行。性能优异的动力系统提供了机动灵活的飞行姿态，抗风能力强。多轴飞行器在各个行业的应用有以下几点：（1）公安系统的应用多轴飞行器具有便携、质轻、飞行稳定、噪音低等特点，携带影像设备与侦测设备可以为秘密侦查提供强有力的手段，可以提供空中第一手影像资料。（2）消防行业的应用现场火灾的蔓延、林区火势的详情、高层起火的救生等方面都是消防工作部署的关键，多轴飞行器可以到现场迅速升空，有了高度就能把详细情况实时传送到地面指挥车，可以为消防部署提供真实有效地参考。（3）电力系统的应用高压线塔的检修维护是一个长期而艰巨的工作，有了多轴飞行器这一有力的工
13、具，让线路巡视、线塔检修成为简单易行的工作。尤其是在多山地区的传输线路，更能发挥飞行器的优势。（4）农业行业的应用多轴飞行器以稳定飞行和操作简单的特性，携带药液进行低空喷洒，可以实现喷洒均匀，药效好，极大的节约了人力，实现高效率作业。（5）影视行业的应用小型飞行器飞行相对不稳定，而现在的多轴飞行器可以携带高清摄像机、高画质单反相机进行稳定飞行，可完成空中的视频航拍和摄影航拍。1.1.2 多轴飞行器的控制方式现有的市场上，多轴飞行器的控制方式主要为无线电遥控器的控制的方式。目前多轴飞行器常用的遥控发射机有三种类型：一种是盒式按键手持用的小型遥控发射机；一种是便携杆式遥控发射机；还有一种是手持枪式
14、遥控发射机。第一种多为开关式模拟电路的遥控系统，电路的设计和制作比较简单，动作的指令都为“开”和“关”两种，虽然通道的数量可以很多，遥控的性能和距离较低。而发射机为杆式和枪式两种通常为比例式的无线电遥控器，在动态仿真模型中是当今最为流行的遥控操作系统，由于这两种在调制、编码和电路的组成等方式的不同，其性价比有很大的差异，所以在价格上也不同。比例遥控杆式发射机有两个操纵杆，通过左、右两边的杆来控制多轴飞行器的俯仰、横滚、偏航和油门。枪式发射机用一个转轮（方向盘）和一个类似手枪扳机的操纵杆来控制多轴飞行器的俯仰、横滚、偏航和油门。除了这些基本功能之外，一些较高级发射机还运用了先进的电脑技术，增加了
15、许多附加的功能，如储存多种模型的调整数据，一机多用。这两种遥控发射机的基本原理大体上是相同的，只是遥控发射机的外形和操控方式不同。总体而言，无线电遥控器操作繁琐，对操作人员的熟练程度要求较高。1.1.3 多轴飞行器的手机控制方法利用手机平台控制多轴飞行器的方式主要有蓝牙控制、手机Wifi控制、利用外置手机红外线发射器等进行控制的方式。Wifi控制，信号直接由多轴飞行器发出，手机遥控终端直接接收信号，无需借助网络。蓝牙控制，手机蓝牙与多轴飞行器的蓝牙模块相连接，实现直接控制。但是蓝牙是一种短距离无线通信技术，其控制飞行器距离有限。外置手机红外线发射器控制,把外置红外线发射器与手机的耳机接口相连，将手机控制信号转换为红外信号，从而控制多轴飞行器的飞行姿态。Android手机的市场占有率早已超过50%，基于Android手机平台对多轴飞行器的姿态进行控制，不仅操作简单，还省去了手持无线电遥控发射机，而且只要是持有Android手机用户，都能通过自己的手机实现对
