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基于NImyRIO的四旋翼飞行器设计与实现的中期报告
一、引言
无人机技术的发展和应用越来越广泛，四旋翼飞行器（Quadcopter）作为其中的一种，由于其结构简单、操作方便以及飞行稳定等特点，在工业、农业、消防等领域都有很好的应用前景。本项目基于NImyRIO并结合无人机控制板卡、传感器等组件，设计并实现了一架四旋翼飞行器。
二、设计思路
四旋翼飞行器的结构比较简单，四个电机和螺旋桨分别放在四个角落，控制电机的转速和方向就能达到控制飞行器的目的。本次设计使用NImyRIO作为主控板，选用基于STM32F1系列单片机的无人机控制板卡作为从控制板，添加MPU9250六轴陀螺仪加速度计和HMC5883L三轴磁力计，用于获取飞行器姿态信息及方向信息。
三、硬件实现
1.主控板：NImyRIO
主控板使用NImyRIO，上面板载有FPGA和ARM处理器。FPGA可以用于控制电机和读取传感器数据，ARM可以用于编写高级应用程序。
2.从控制板：无人机控制板卡
从控制板使用的是基于STM32F1系列单片机的控制板卡，该板卡带有4个电机接口，可以方便地驱动四个电机。同时该板卡还有运放放大电路，用于将陀螺仪、加速度计和磁力计的输出信号放大到足够高的电平，从而使得NImyRIO能够准确地读取它们的输出。
3.传感器：MPU9250六轴陀螺仪加速度计和HMC5883L三轴磁力计
传感器选择MPU9250六轴陀螺仪加速度计和HMC5883L三轴磁力计，由于这两个传感器都可以通过I2C总线与单片机通信，因此可以方便地将它们接到从控制板上。
4.电机驱动器：无刷电机调速器
电机驱动器采用无刷电机调速器，在控制飞行器的过程中，控制电机的转速和方向非常关键。使用无刷电机调速器可以方便地控制每个电机的转速和方向。
四、软件实现
1.飞行控制算法
飞行控制算法使用的是PID控制算法，并将其实现在NImyRIO的FPGA中。PID控制算法需要用到传感器数据和期望角度，传感器数据通过I2C总线传输到NImyRIO，期望角度可以通过根据用户输入设置的飞行模式计算得到。然后将PID计算得到的电机转速控制信号通过NImyRIO的数字输出口输出给从控制板的PWM输入口，控制电机的转速和方向。
2.用户界面
用户界面使用LabVIEW编写，主要用于设置飞行模式、飞行参数、控制四旋翼飞行器。
五、测试结果
经过初步的测试，本次四旋翼飞行器的姿态稳定性较好，可以根据用户输入的要求在空中保持稳定的状态。同时，在用户界面中可以通过设置不同的模式，实现不同的飞行功能。
六、结论
本次项目基于NImyRIO设计并实现了一架四旋翼飞行器，通过使用PID控制算法和电机驱动器控制飞行器的每个电机的转速和方向，实现了飞行器在空中的稳定。在用户界面中，可以实现不同的飞行模式和飞行参数的设置，进一步扩大了该飞行器的应用范围。