如何打造完美的四轴飞行器软硬件设计

四轴飞行器，也被称为四旋翼飞行器、四旋翼直升机。作为一种多旋翼飞行器，四轴飞行器在这几年迅速抢滩，并成为了市面上的热门产品，应用前景十分开阔，但受限于特有的复杂结构，目前市面上的四轴飞行器还是以中小型为主，大型的四轴飞行器设计 比较少见。

而对于设计师们来说，要想打造一个完美的四轴飞行器，通常需要从软件设计和硬件设计两方面重点把控，同时，还要保持整个四轴飞行器项目的统一。

1.在硬件设计方面

四轴飞行器的整个硬件设计主要包括电源模块，控制模块，电机驱动模块，传感器模块和通讯模块四个方面：

电源模块主要提供给多个模块供电，提供的电压主要分为三种3.3V，5V，3.4V-4.2V。其中3.3V主要是给控制器和姿态传感器供电；5V主要是给通讯模块供电，3.4V-4.2V（电池直接输出）主要是给电机供电。  

而通讯部分主要是来自遥控器的四个通道信号。分别俯仰，横滚，自旋和油门的指令；传感器模块作为飞行器的姿态检测部分，将检测到的角速度和角加速度信号通过控制器转化成角度，用角度信号作为当前飞行器的姿态，与遥控部分的信号比较行程所需的闭环控制。  

主控制器则处理通讯接收的遥控信号和传感器采集的姿态信号，对数据分析后进行融合处理，最终通过PID算法得出电机的控制值，其值最终以PWM的方式输出来驱动电机。

2. 在软件设计方面  

控制系统软件采用C语言编写，对于STM32系列微处理器，ST公司提供了强大的库函数功能，使得整个软件系统的设计可以更多的注重算法和软件架构上。四轴飞行器的硬件系统和软件系统的最终设计都是为控制电机转速来服务的，所以控制电机转速的PWM波是软件系统的最终输出。  

软件系统的主要功能有接收遥控器数据并进行解析，读取姿态传感器中角速度和加速度的数据并进行数据融合，串级PID算法结合从遥控收到解析后的目标角度和数据融合后的当前角度得出控制电机所需的PWM波。

除了在软件设计和硬件设计两方面重点把控外，设计师还要注意四轴飞行器的机架、电调、飞控、无刷电机等方面的设计，从细节把控整体，完善整个四轴飞行器的开发。