記2020江蘇省電子設計競賽D題四旋翼

前言：2020的秋來得如此快，大一軍訓已穿上了外套，金桂也只殘存晚到的點點花朵，秋風不時吹過林間，樹梢翻滾著，鳥鳴穿梭其中，2020暑假參加了飛思卡爾智能車，全國數學建模，江蘇省電設，電設最后比賽延期到10月10日，也是對大二競賽的終結，10月16號去南京驗收完了無人機，實作了所有功能但撞桿一次扣5分，11月19日，成績出了，一等獎，這里記下我從8月19號到10月省電設的所有程序，程序大致分做3個階段：1.接觸飛機，閱讀飛控，魔改；2.校賽；3.省賽；4.感想，

接觸飛機，閱讀飛控，魔改

接觸飛機

為什么做無人機

學校2020屆的學長在2019電賽國賽無人機得了國一，學校為發揚無人機傳統，成立了電賽無人機大隊，2019大一的我也參加了電賽，做的無線充電小車，死在了沒用看門狗復位上，2020校無人機招新時,想到無人機可以提前準備，況且每年都有無人機題目都近似，覺得做無人機比賽的把握更大，于是入坑，（筆者以前也做過一些科技類競賽，會stm32，接觸過robomaster，大一參加過全國起重機創意大賽）

飛機選擇

lack of money,于是我們得到了上一屆的一個老飛機（當然不是國一那個），附帶一份飛控資料，記得機架有一處斷了的，沒攝像頭，到處都是熱熔膠，很是難看，經過兩天的打理，終于拼出了一個無人機，淘寶一查，飛機飛控是匿名的，遙控器是天地飛，帶有老版本光流，就這樣我們完成了飛機選擇，（后面我們意識到不應該使用舊的飛控與舊版本光流）

閱讀飛控

最初的想法

最初，想著飛機不過是幾個傳感器加四個電機，先看看別人的開源代碼，再自己寫一個出來飛控代碼，多輸入的系統大不了就串級pid嘛！但隨著飛控代碼的深入查看，我知道我太天真了，后來本著保護生命的原則，決定用匿名開源的飛控代碼，

飛控代碼的深入閱讀

1.匿名飛控程式在main函式中運用系統時鐘實作了代碼的分時呼叫，在"Ano_Scheduler.c"中設定了不同呼叫周期的函式，有實時性高的1ms執行一次，也有實時性低的500毫秒執行一次，運用函式指標對不同函式呼叫，這里我決定可以使用freertos或者至少使用定時中斷呼叫，這樣來保證強實時性，

2.在"Ano_Scheduler.c"中可以看見大多數執行的函式，也可見得四旋翼的控制是串級控制的，其中我覺得重要的有：
“Motor_Ctrl_Task(2)” 電機控制
"Swtich_State_Task(1)"根據傳感器狀態開關量選擇
"Flight_State_Task(1,CH_N)"飛行狀態任務，程控的pitch，roll控制要加在其中
"Att_2level_Ctrl(10e-3f,CH_N)"姿態控制，程控的yaw要加入其中
"Alt_2level_Ctrl(10e-3f)"高度控制，程控的alt要加入其中
"WCZ_Fus_Task(10)"高度資料融合，后期的高度魔改有必要
當然其它的可能也很重要，只是我的大多數代碼修改都放在這里面

3.上位機資料除錯，在"Ano_DT.c"中，可以通過usb串口以及匿名數傳傳回資料，其中我常用修改"ANO_DT_Send_RCData()"去查看飛控的一些資料，當然這個函式原本是產看的是遙控器通道值的，

4.初始化，在"BSP_init.c"中，其中的串口2用于上位機除錯，串口四用作光流，我們把串口一用于和k210通信，串口二用于和openmv通信，其余也有一些小的修改，

魔改

魔改遙控器通信

在飛控"Ano_RC.c"中，遙控器的通信有pwm通信（每個通道一根線，總之需要很多線），ppm 通信（慢），DBUS通信（信號加載到串口上，只要一根線），我們選擇了DBUS，但是當用上位機查看接收通道值時發現十分例外，延時也很大，再者天地飛的遙控器油門不可以自動歸中，以及一系列奇葩的解鎖操作，我們決定分析深入原始碼，修改遙控器為大疆ROBOMASTER中的遙控器：

后來發現遙控器會接收大量資料，這飛控中竟然沒用DMA，用的回圈接收，也沒有用校驗，之后魔改了接收底層，采用DMA接收，采用大疆的遙控器與接收 機，采用CRC16校驗，從新定義了控制邏輯，也從新加了鎖（只要撥碼撥到最上就解鎖），發現遙控器的信號接收優異（后來我們學校有的組用天地飛遙控器除錯時出現失控，我決定和沒有校驗以及pwm接收信號線太多容易松動有關）

魔改串口，加舵機

我們把串口一用于和k210通信，串口二用于和openmv通信，都運用了CRC16校驗，之后家里一個云臺電機，占用了一個pwm引腳，

魔改加程控代碼

把alt,roll,pitch,yaw的程控變數控制加入其中，注意要放在光流環之前，后來發現新版代碼中自帶程控介面變數，

魔改去除接識訓，實作一鍵起飛

這個需要修改"Ano_RC.c"中大量內容，并且要關注：
flag.taking_off ; main_key_flag; flag.unlock_sta ; flag.unlock_cmd; flag.flying
等標志位，這是很需要注意的一個地方，其中還有一些偽看門狗程式，

校賽

題目：校賽考慮到我們的能力有限，題目設計較為簡單，如下：

方案1：既識別紅色十字也識別黑色圓，通過識別視野內最大黑色圓糾正roll，通過紅色十字降落，

方案2：起飛前攝像頭朝向對面的紅色十字，起飛后盲飛向前，直到攝像頭視野中識別到紅色十字，進行roll糾正，直到飛機飛到十字上方，降落，

由于飛行路徑簡單，識別物也簡單，場地光流優秀，我們選擇了方案2，同時，為了快速找到紅色十字，我們添加了一個pitch方向的舵機用于控制相機視野，如下圖所示：

沒有識別到時，打角為25度，識別到后離紅色十字越近，打角越小，就這樣我們最快20秒內完成了任務，

省賽

10月9日晚，題目意外提前發布，當然就4天4夜了：

繞桿方案1：設計雙軸舵機云臺，保持飛機yaw軸不懂，繞桿時僅pitch，roll軸轉動（光流建模的前提條件有坐標軸不旋轉），找下一根桿以及找下一個圓都通過云臺旋轉來找，

繞桿方案2：架設3個攝像頭，一個如同校賽中的舵機攝像頭，另外兩個用碳桿支出來架設，一前一后，先用前方相機繞一桿，當后方相機第二次看到另一桿后則跑向另一桿，下方舵機攝像頭用于找黑圓，

繞桿方案3：架設兩個攝像頭，一個如同校賽中的舵機攝像頭，另外一個用碳桿支出來架設，同時識別兩桿，先用相機繞一桿，當第二次看到兩根桿后避障飛向另一根桿，下方舵機攝像頭用于找黑圓，

繞桿方案4：架設兩個攝像頭，一個如同校賽中的舵機攝像頭，另外一個用碳桿支出來架設，一個時候只識別一根桿，延時與yaw角判斷是否繞完一周，繞完后，yaw軸旋轉，找下一根桿，下一根桿繞完后，也旋轉yaw角找黑圓，最后降落，

現在看來方案1 better than 方案2 better than 方案3 better than 方案4，但沒時間準備云臺，也只有兩個相機，我們選擇了方案3，

對于繞桿次序的選擇，我們選擇先遠后近，保證可以看到降落點，通過按鍵調節識別不同顏色桿的先后，
飛機飛行路徑示意圖如下：

對于繞桿,我們用的k210 maixpy中找顏色塊的函式，飛機與桿的距離通過對最大顏色快的像素值之和處以色塊高度得到，

對于降落，我們修改了校賽中的降落程式，我們把攝像頭反向打角，如下圖所示：

在繞最后一根桿的時，第二次看到降落點是進入降落程式，飛機上的舵機打角隨著靠近降落點不斷放平，
最先一次可以飛完全程時的視頻如下：
video

感想

1.頭不鐵不要做飛機，我做飛機之前參加過大大小小的各類比賽，至少可以保證2天之內看懂別人代碼的總體思路，
2.飛機飛行狀態和電池的狀態有很大關系，
3.前期做好防護措施，但真正做好飛機后是不需要防護的（你已經信任你的飛機了），
4.炸機一定要找到原因后再飛，否則一直炸機，
5.飛機在進行自動時，只要檢測到遙感操作，立即退出自動飛行模式，進入手動控制模式，并且一定要設計出穩健的遙控器一鍵斷電，
6.建議不用天地飛遙控器，
7.仰望星空，腳踏實地，力爭上游
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