四軸飛行器，也被稱為四旋翼飛行器、四旋翼直升機(jī)。作為一種多旋翼飛行器，四軸飛行器在這幾年迅速搶灘，并成為了市面上的熱門產(chǎn)品，應(yīng)用前景十分開闊，但受限于特有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，目前市面上的四軸飛行器還是以中小型為主，大型的四軸飛行器設(shè)計(jì) 比較少見。

而對(duì)于設(shè)計(jì)師們來(lái)說，要想打造一個(gè)完美的四軸飛行器，通常需要從軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩方面重點(diǎn)把控，同時(shí)，還要保持整個(gè)四軸飛行器項(xiàng)目的統(tǒng)一。

1.在硬件設(shè)計(jì)方面

四軸飛行器的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)主要包括電源模塊，控制模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，傳感器模塊和通訊模塊四個(gè)方面：

電源模塊主要提供給多個(gè)模塊供電，提供的電壓主要分為三種3.3V，5V，3.4V-4.2V。其中3.3V主要是給控制器和姿態(tài)傳感器供電；5V主要是給通訊模塊供電，3.4V-4.2V（電池直接輸出）主要是給電機(jī)供電。  

而通訊部分主要是來(lái)自遙控器的四個(gè)通道信號(hào)。分別俯仰，橫滾，自旋和油門的指令；傳感器模塊作為飛行器的姿態(tài)檢測(cè)部分，將檢測(cè)到的角速度和角加速度信號(hào)通過控制器轉(zhuǎn)化成角度，用角度信號(hào)作為當(dāng)前飛行器的姿態(tài)，與遙控部分的信號(hào)比較行程所需的閉環(huán)控制。  

主控制器則處理通訊接收的遙控信號(hào)和傳感器采集的姿態(tài)信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)分析后進(jìn)行融合處理，最終通過PID算法得出電機(jī)的控制值，其值最終以PWM的方式輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

2. 在軟件設(shè)計(jì)方面  

控制系統(tǒng)軟件采用C語(yǔ)言編寫，對(duì)于STM32系列微處理器，ST公司提供了強(qiáng)大的庫(kù)函數(shù)功能，使得整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以更多的注重算法和軟件架構(gòu)上。四軸飛行器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)都是為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)服務(wù)的，所以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM波是軟件系統(tǒng)的最終輸出。  

軟件系統(tǒng)的主要功能有接收遙控器數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析，讀取姿態(tài)傳感器中角速度和加速度的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，串級(jí)PID算法結(jié)合從遙控收到解析后的目標(biāo)角度和數(shù)據(jù)融合后的當(dāng)前角度得出控制電機(jī)所需的PWM波。

除了在軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)兩方面重點(diǎn)把控外，設(shè)計(jì)師還要注意四軸飛行器的機(jī)架、電調(diào)、飛控、無(wú)刷電機(jī)等方面的設(shè)計(jì)，從細(xì)節(jié)把控整體，完善整個(gè)四軸飛行器的開發(fā)。