本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的是無(wú)線遙控直升機(jī)接收控制電路。本設(shè)計(jì)采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的mma7260qt低量程三軸向加速度傳感器和低功耗的mc9s08qg8 微控制器，并配合極少量的外圍器件。該電路能接收無(wú)線遙控發(fā)射機(jī)的控制指令，使直升機(jī)以不同的速度前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎，在沒有收到動(dòng)作指令時(shí)能使直升機(jī)自動(dòng)保持穩(wěn)定。由于該電路的體積�。�32×12mm），重量輕，因此可以用于超小型遙控直升機(jī)。

　　設(shè)計(jì)概述

　　該系統(tǒng)能通過(guò)紅外遙控指揮直升機(jī)以不同的速度前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向。該系統(tǒng)主要有兩大部分：第一部分輸入轉(zhuǎn)換、指令編碼、紅外發(fā)射部分；第二部分紅外接收、解碼、飛行狀態(tài)檢測(cè)、伺服電機(jī)控制部分。這兩部分的紅外接收部分不是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，不做詳述。

　　直升機(jī)是由三個(gè)小型電機(jī)控制的：一個(gè)主旋翼電機(jī)，控制飛機(jī)的上升或下降；一個(gè)尾翼電機(jī)，控制飛機(jī)的方向；一個(gè)前進(jìn)/后退電機(jī)，控制飛機(jī)前進(jìn)或后退。本系統(tǒng)利用螺旋槳產(chǎn)生的推力使直升機(jī)的重心發(fā)生改變，使直升機(jī)向前或向后傾斜，來(lái)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的前進(jìn)或后退。對(duì)直升機(jī)的準(zhǔn)確控制，就是通過(guò)對(duì)這三個(gè)電機(jī)速度的準(zhǔn)確控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　利用mma7260qt三軸向加速度傳感器將直升機(jī)的飛行狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，再利用mc9s08qg8微控制器的10位adc轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。mc9s08qg8的程序?qū)⑦@些信號(hào)綜合，自動(dòng)控制直升機(jī)上的三個(gè)電機(jī)，使直升機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)思想和技術(shù)關(guān)鍵

　　遙控直升機(jī)的飛行受飛行環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的影響很大。隨著飛行環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的變化，想要保證穩(wěn)定的飛行姿態(tài)是很難的。有了能自動(dòng)調(diào)節(jié)飛行姿態(tài)的穩(wěn)定器之后，操縱遙控直升機(jī)就變得非常簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)是采用飛思卡爾公司的mma7260qt作為飛行狀態(tài)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

　　z軸是直升機(jī)的升降軸，在直升機(jī)靜止時(shí)讀取mma7260qt的z軸數(shù)據(jù)，作為參考點(diǎn)。飛機(jī)上升或下降時(shí)讀取的數(shù)值相對(duì)于參考點(diǎn)的變化量，就是z軸的加速度az，那么飛機(jī)上升或下降的速度vz就是az對(duì)時(shí)間的積分。上升為正、下降為負(fù)。程序按照適當(dāng)?shù)谋壤龘Q算后控制主旋翼電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使直升機(jī)保持為懸停狀態(tài)。當(dāng)然，這只是對(duì)z軸理想化后的理論計(jì)算。

　　由于當(dāng)直升機(jī)發(fā)生傾斜時(shí)，z軸的數(shù)據(jù)參考點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化。這樣，還以原數(shù)據(jù)作為參考點(diǎn)得到的gz就不是正確的。為什么直升機(jī)傾斜會(huì)使靜止參考點(diǎn)發(fā)生變化呢？那是由mma7260qt傳感器的特性決定的：當(dāng)z軸垂直于地面，也就是與重力方向平行時(shí)，在z軸上已經(jīng)加有一個(gè)重力加速度。當(dāng)直升機(jī)發(fā)生傾斜時(shí)，z軸上的加速度就只是重力的一部分，這樣實(shí)際的零加速度參考點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生了變化。所以，在求z軸的加速度時(shí)，必須解決這個(gè)問(wèn)題。

　　在直升機(jī)飛行過(guò)程中，由于直升機(jī)的重心很低，所以認(rèn)為在x-z面上是不會(huì)有傾斜的。y-z面的傾斜是操縱直升機(jī)前進(jìn)或后退造成的，當(dāng)y-z面發(fā)生傾斜時(shí)，y軸的靜態(tài)參考點(diǎn)也一定發(fā)生了變化。當(dāng)然，在z軸和y軸有合成加速度時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)這種結(jié)果。無(wú)論是哪一種原因造成的，我們都要先去調(diào)整y軸，使y軸的數(shù)據(jù)值在靜態(tài)參考點(diǎn)上。在傾斜度為零、加速度也為零的狀態(tài)時(shí)，z軸靜止沒有變化，這時(shí)的條件和理想化的條件是一樣的。所以，這時(shí)得到的gz是正確的。我們就在這時(shí)讀取gz的值，作為控制z軸狀態(tài)的依據(jù)。

　　在實(shí)際飛行狀態(tài)中，傾斜產(chǎn)生的重力加速度與y軸加速度的代數(shù)和為零是一個(gè)特殊狀態(tài)。這時(shí)直升機(jī)傾斜在y軸產(chǎn)生的分力所產(chǎn)生的加速度正好與y軸的實(shí)際加速度數(shù)值相等，而方向相反，安裝調(diào)整時(shí)要注意回避這一特殊狀態(tài)。

　　y軸是直升機(jī)的前進(jìn)/后退軸。因?yàn)橹鄙龣C(jī)是在室內(nèi)飛行，認(rèn)為環(huán)境沒有風(fēng)的影響。所以只要直升機(jī)有加速度存在，直升機(jī)就有傾斜。直升機(jī)前進(jìn)或后退的力fy是直升機(jī)的升力f0的方向與重力的反方向的夾角β的正弦函數(shù)。有fy=f0sinβ，而y軸的加速度ay正比于fy。由于直升機(jī)的速度很低，忽略空氣阻力的作用，則：ay=fy/m，式中m是直升機(jī)的質(zhì)量。

　　同時(shí)，傾斜角會(huì)產(chǎn)生一個(gè)重力加速度gy，夾角也是β。它與重力加速度g0有：

　　gy=-g0sinβ。ay和gy的方向是相反的。測(cè)到的加速度a是ay和gy的代數(shù)和。這個(gè)代數(shù)和的方向及大小可以實(shí)測(cè)得到。

　　為了減少實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的工作量，只測(cè)出a的方向和大概數(shù)值即可。控制時(shí)使a逐步向零靠近，最終基本等于零。

　　由于在直升機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，x軸有加速度，同時(shí)y軸也會(huì)有加速度。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，y軸的加速度也要在x軸的加速度為零時(shí)檢測(cè)。

　　當(dāng)y軸有操縱指令時(shí)，y軸的自動(dòng)控制暫時(shí)被停止。

　　x軸是直升機(jī)的左右轉(zhuǎn)向軸，在z-x面上，直升機(jī)不會(huì)有傾斜，所以z軸的加速度不會(huì)影響x軸的加速度。在直升機(jī)靜止時(shí)，若直升機(jī)發(fā)生方向改變，程序就控制尾翼電機(jī)，使方向改變停止，使x軸方向速度為零。當(dāng)y軸或x軸有操縱指令時(shí)，x軸的自動(dòng)控制暫時(shí)被停止。

　　另外，直升機(jī)在飛行過(guò)程中，電機(jī)和螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)引