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1、附件六d102年度全國微電腦應用系統設計製作競賽系統設計說明文件作品名稱：四軸飛行器參賽組別：大專組參賽類別：第一優先：機器人、自動控制與儀表類第二優先：智慧生活類第三優先：信號處理與通訊類學校名稱：南臺科技大學科系所名稱：電子系指導老師：李博明隊員姓名：鄭嘉聖劉建良蔡昆融注意事項：以上資料必須與網路報名填寫資料一致，如有不符，以網路報名所填寫資料為準。目 次項目頁次相關說明P0-1一、摘要P1-1二、系統架構硬體說明,軟體說明P2-1三、製作原理P3-1四、設計方法P4-1五、測試方法P5-1六、操作實例手冊P6-1八、隊員工作劃分請詳述個人工作內容P7-1注意事項：. 以上各項說明僅供參考
2、，文稿為A4規格，電路圖請用A3規格繪製。. 實地測試時必須提供作品簡介紙本四份與工作日誌紙本一份供評審委員查核。作品簡介至多4頁，格式檔案請至競賽網站下載，工作日誌必須詳述隊員工作劃分與個人工作內容，格式不限。. 文稿請以電腦繕打，否則不予受理。P0-1 相關說明* 1.與何單位之技術合作或協助研究？或曾接受何單位之經費贊助？2.曾引用何者之研究成果或作品等？請詳細說明3.本作品如在競賽前曾經有獲獎，請加以說明。4.就作品之創新性、完整性與可用性等加以說明。直升機以固定巡邏的方式，能夠以機械去替代人力，並且四軸直升機能夠無視地形障礙，由空對地進行無死角攝像，既可以免除大量人力之外又能完成人力
3、所不能集的地方。研究問題：1.在設計機體架構時，要考慮其重量、大小、風向等因素對機體平衡之影響2.如何控制馬達及維持機身平衡3.如何在有外界因素的影響下維持機身平衡(例如人為推擠或是風力的影響)4.如何結合Arduino和Android來達成使用智慧型手機控制機體5. Arduino 程式大多皆是參考極客工坊裡的研究結果而來，例如:濾波、PID code、mpu6050之使用方式。濾波:、Mpu6050: PID: P1- 1 一、摘要此計劃是希望做出一台可由Android手機控制之四軸直升機，由一對順時針旋轉和一對逆時針旋轉的螺旋槳組成十字型的機體型態，利用順時針與逆時針交錯的方式來達到控制
4、馬達轉速就能控制機體的移動，再藉由陀螺儀的原理使其維持平衡。移動方式是藉由讓其中一邊的馬達轉速下降，並讓對邊的馬達轉速上升及其他兩個馬達維持相同轉速，這樣就會往轉速下降的方向移動，藉由這樣的方式達到控制前進、後退、往左移動或往右移動，如果將四個轉速同時增強就能提高飛行高度；反之，四個轉速同時減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，能夠像直升機一樣停懸於半空中，並且因著陀螺儀來小幅度修正機身的平衡。在Android手機程式方面，能夠通過手機藉由AP分享器來連上機身上的WiFi模板，並藉WiFi
5、來傳遞信號控制馬達的轉速進而達到控制機身前後左右的功能。簡單而言，就是運用智慧型手機上的APP程式來達到控制機身的目的，並且系統本身能夠自主修正平衡相關的各種數值。P2- 1 二、系統架構硬體說明、軟體說明硬體架構圖:ArduinoUnoArduinoWiFi moduleAndroidCell PhoneElectronic Speed ControlMPU6560Brushless Motor#1Brushless Motor#2Brushless Motor#3Brushless Motor#4Electronic Speed ControlElectronicSpeed Control
6、Electronic Speed Control軟體說明:首先取得MPU6050的加速度及角速度的數值，之後利用簡單的算式將數值轉換成角度，之後可能會因為受到外在因素的干擾而造成角度的錯誤，因此加上了卡爾曼濾波使角度能處於較穩定的狀態，在將濾波後的角度進行PID控制系統的計算來得到所需要平衡的輸出值；再來試手機控制的局部，如果有接收到手機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。P3- 1三、製作原理四軸飛行器的四個螺旋槳必須為兩對正反槳，正槳及反槳皆要對角，這是為了防止水平力量造成飛行器自旋。將手機的資訊藉由Wifi傳遞給Arduino後，將控制訊號輸出給電變以控制無刷馬達。
7、MPU6050(陀螺儀、加速度計)智慧型手機Wifi卡爾曼濾波PID控制器電子變速器(ESC)Arudino無刷馬達P4- 1四、設計方法在還未開始製作實體本身之前，我們小組先運用繪圖軟體Blender來模擬繪製機身，使我們能夠在還未開始製作機身之前將預先發現的問題解決，並且能夠事先了解製作機身會需要運用到什麼材料。之後，我們使用了CNC來刻製機身，將我們所要的機身及各部位的零件製作完成，並且依照在測試時所發現的問題去刻製所需要的零件(如避震等)。下圖為在測試時因遇到震動問題所設計的防震裝置，圖1是在用CNC刻出的板子上裝上防震軟墊用以減輕震動的影響，圖2則是將防震裝置裝在機身上的完成圖。圖1
8、圖2P5-1 五、測試方法首先，先開起電源，在手機端起動油門後，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來修正機身的平衡，接著按下手機上的按鈕，傾斜手機以控制四軸飛行器，手機開起遙控時，手機往前傾時，一顆馬達轉速加快使得飛行器往前；手機往後傾時亦同，飛行器往後；手機向右傾，飛行器向右移動；手機向左傾，飛行器向左移動；手機關閉遙控時，飛行器在原地停旋。這樣則完成測試。圖1圖2四軸直升機動作示意圖P6-1 六、操作實例：手冊(1) 接上電源後，等待數十秒後確認Wifi板的紅燈亮(2) 打開名為 MyQuadWifi的APP程式(3)輸入Wifi板的IP Address，點擊connect按鈕(4) 確定連接成功後，點擊開始鈕(5) 拖拉油門表，調整油門，決定飛行器高度(5) 傾斜手機控制飛行器(6) 點擊關閉鈕取消遙控(7) 點擊返回，離開程序圖1P7-1 七、隊員工作劃分請詳述個人工作內容，供評審委員參考大綱細項鄭嘉聖蔡昆融劉健良擬定計畫Blender操作環境機體與環境模擬實際物理運作模擬硬體架構(機架)設計機架及零件(CamBam)使用CNC製作所需零件Arduino程式開發馬達控制機體平衡浮空及控制方向連接WiFi控制Android程式開發無線網路連結開發及測試修改控制機體程式開發及測試修改實用性開發
