宿州学院机械与电子工程学院 安徽宿州 234000
摘要：我国随着技术的发展，无人机相关领域的技术也进一步得到了提升。无人机凭借尺寸相对较小，设计时不受驾驶员生理条件限制，可以有很大的工作强度，不需要人员生存保障系统和应急救生系统等，大大地减轻了飞机重量。制造成本与寿命周期费用低，没有昂贵的训练费用和维护费用，机体使用寿命长，检修和维护简单。无人机的技术优势是能够定点起飞，降落，对起降场地的条件要求不高，可以通过无线电遥控或通过机载计算机实现远程遥控。设备搭载的多样化与其适配性好等优势。被用于很多领域。无人机可用作警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等。无人机还可以搭载其他外设，完成其他任务，比如采用STM32F407ZET6为主控芯片，搭载OPENMV摄像头外设的无人机。无人机可以实现自主巡线、色块识别追踪等功能，从而完成其他相关的功能。
关键词：STM32F407ZET6、OPENMV摄像头、无人机、巡线、追踪
室内四轴无人机只需要根据相关的编程，即可自主穿梭在各种室内进行相关的工作任务，人们在使用中往往只需要一键，就可以控制室内无人机在室内往返巡航，从而在巡航过程中，完成相关任务。如进行火灾预警、电路检查，货物托运。可以代替相关工作人员的工作。从而大大减少相关的人力物力的资源浪费。
1.系统总体设计
四轴无人机通过接收遥控发出的数据，对数据进行采集、处理和判断从而做出相应的应答。在数据处理后飞行器会根据数据进行判断。最后作用于电机输出上，控制飞行器的飞行状态。飞行器在飞行过程中飞行器主控板通过PID算法、低通滤波等相关算法对飞行器的状态进行调节，使其达到平稳飞行，更好的完成相关的飞行任务。
1.1主控单元
室内四旋翼无人机的主控模块采用的是STM32F407ZGT6系列芯片，STM32F407ZGT6系列芯片具有片内资源丰富的有点，ART技术使得程序零等待执行，具有更好的兼容性。多重AHB总线矩阵使数据传输更快，以及具有很多的控制算法的执行速度且价格便宜，完全可以胜任室内无人机的主控芯片。
1.2姿态解算
室内无人机飞控部分的核心就是姿态角的获取，我们采用集成了ICM20602、AK8975、SPL06三种传感器的姿态传感器模块，其三者分别对飞行器的角度，周围磁场和大气压进行检测，性能十分优越。该模块供电后会得到相关原始数据。无人机通过该模块数据的采集后，通过SPI通信与主控板之间进行通信进行数据的传输，主控板获取相关原始数据后，进行相关的姿态解算。得出实际欧拉角，然后实际与期望对比。得到误差最后反馈给油门输出，从而实现无人机在室内正常平稳飞行。
1.3测距模块
采用激光模块测量可测量飞行器当前飞行高度。激光测距模块测量精度高、干扰小、测量精度准确等优点。可很好地控制飞行器在期望的高度飞行，从而完成定高飞行等任务。
1.4图像识别
图像识别可采用OPENMV摄像头，它可以很轻松的完成机器视觉应用。我们可以通过高级语言Python脚本，Python的高级数据结构可很容易在机器视觉算法中处理复杂的输出。它可用于Lenet数字识别、笑脸检测、机器人巡线、直线识别、人脸识别、边缘检测、二维码识别等等。我们可通过串口进行摄像头与主控板之间的通信。从而实现一系列图像识别等相关问题。
1.5温度模块
DS18B20温度传感器DS18B20是一种常用的数字温度传感器。它根据温度，通过ADC转换输出数字信号至处理芯片，从而实现温度检测。DS18B20具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强和精度高等特点。其测温时，温度值的位数因分辨率的不同而不同。温度转换时的延时由2s减为750ms，且随温度变化，震荡率明显改变，所产生的信号可作为计数2的脉冲输入。DS18B20机构如图2所示，具备高温触发TH和低温触发TL的功能，可以准确反映温度的调节变化。
1.6光流模块
ATK-PMW3901是ALIENTEK推出的一款超轻多功能低功耗光流模块（以下简称光流模块），此模块集成一个高精度低功耗光学追踪传感器PMW3901和一个高精度激光传感器VL53LXX（2m版本使用VL53L0X,4m版本使用VL53L1X，以下VL53LXX），PMW3901光流传感器负责测量水平移动，VL53LXX激光传感器负责测量距离，抗干扰能力更强。
1.7执行单元
飞行器在飞行过程中通过预设定的时钟线来完成不同的任务。各模块在不同的时间段实行相应的任务。从而获得我们所需的数据，单片机在通过加工与处理最终反馈给人们，人们可以根据得到的数据在做出响应即可。
2.结论
无人机的加入以及各模块的使用代替了传统人工数据采集的过程，简化了人们对室内环境数据的采集与统计的过程，也可大大提高工厂的工作效率。室内无人机的加入可大大减少人们人力物力的投入，从而产生了更大的经济收益。
参考文献
[1]基于STM32的四轴飞行器设计与实现[J].刘宝媛,龚赛君,崔治.电子测试.2019(19)
[2]基于FPGA的四轴飞行器飞行控制系统设计[J].徐亚妮,罗文广,张亮.广西科技大学学报.2018(03)
项目编号：202010379059