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摘 要：文中主要介绍了无人機发展的趋势，详细阐述了四旋翼无人机技术发展的意义，研究目的、采用的主要技术及其特点，并对基于STC15W4K48S4主控芯片的四旋翼飞行器的系统结构组成进行了详细的介绍，目的在于便于广大用户更好的应用无人机平台。
关键词：信息；安全防范领域；四旋翼无人机
1 引言
随着科技的发展，人们对未知领域的探索也拉开帷幕，面对着高风险、高强度的任务，人们开始利用无人机替代有人飞机来执行，这也是大势所趋，形势所迫。无人飞机其实就是一种由无线电遥控控制的设备，或自身程序控制装置操纵的无人机驾驶飞行器，又被人称为遥控驾驶航空器。目前在军事、救援、农业、安防等领域发展较为迅速，在一些科技发达的国家已经得到广泛应用。本项目属于遥控飞行的四旋翼无人机，起降简单，操作灵活，无人机体积小、重量轻，机身重量仅40.5g，机身尺寸13*13cm，操作距离理论可达500m，利用无人机体积小的特点，可以工作在恶劣的，危害人类健康和生命的环境中，最大限度地减少人员伤亡，飞行器可以全天工作无需休息，工作效率高，本项目主要是基于无人机平台，结合搭载检测装置可以实现不同的功能，具有非常好的发展前景和社会价值。
2 基于STC15W4K48S4主控芯片的四旋翼飞行器的系统结构
如图1所示，四旋翼无人机采用STC15W4K48S4主控芯片，分别由NRF24L01无线控制模块、MU6050姿态测量系统、电源供电系统、升压电路、遥控器控制模块、电机驱动模块、串口通信模块、地面站系统等组成，四旋翼飞行器控制器的核心任务是姿态的测量，它的作用是为飞行器控制系统提供实时、精确的飞行状态测量数据。通过匿名科创地面站系统调节PID参数，这样做能够有效提高飞行器姿态测量精度，确保控制系统的姿态角的准确性和稳定性。
2.1 NRF24L01无线通讯
NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。控制器与无人机之间采用NRF24L01进行无线通信，使无人机端即时有效地接收控制器所发出的指令，使其能够实现在空间中自由移动。
2.2 MPU6050姿态运动传感器
MPU6050传感器是三轴数字罗盘，它可以用来测量四轴飞行器所处位置的三轴磁场信息，该传感器内置了三轴磁阻模块和放大采样电路，直接输出数字信号，用来测量航向角并进行姿态解算，主要是起到了无人机在空中的平衡调节，是四旋翼无人机的核心部分。
特点如下：
（1）IIC 数字量输出总线接口，设计使用简单，尺寸非常小；
（2）有较高的测量精度，内置12位 A/D转换；
（3）拥有自动校准功能，简化了应用的步骤；
（4）内置有自测试电路，量产测试非常方便，不需要增加额外的高昂测试设备；
（5）功耗较低，供电电压只需要1.8V，睡眠模式功耗-2.5uA，测量模式功耗-0.6mA。
2.3 控制系统和动力系统
（1）四旋翼无人机控制系统是采用NRF24L01无线模块进行远程控制，通过控制方向遥感的方向电压量变化，从而控制无人机的前后左右运动，通过控制方向遥感的油门电压量变化，从而控制无人机的上下运动，降落起飞。
（2）四旋翼无人机的动力系统由空心杯电机和电机驱动电路组成，主要是通过PWM脉宽占比去控制场效应管的导通时间，从而控制电机的转速。
3 四旋翼无人机结构设计
如图2所示为四旋翼飞行器的外形结构，根据“基本运动学原理”设计成这种形状，在电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消，使得空气中对无人机的阻力减少，工作更加稳定。
4 结束语
本文结合了现代人工智能、无线通信和基本运动学原理，通过测量四旋翼飞行器控制器姿态，为飞行器控制系统提供实时、精确的飞行状态测量数据，从而精准实现应用功能。通过无线控制，可以让飞行器在恶劣的条件下执行任务，并且飞行器可以全天工作无需休息，执行效率更高，突显了无人机的优势。
参考文献
[1]杜浩.基于GPS/INS的多旋翼MAVS自主飞行系统研制[D].南京信息工程大学，2012
[2]郎哲彦.基于模态切换的无人直升机双回路鲁棒控制器的研究[D].天津大学，2012
关键词：信息；安全防范领域；四旋翼无人机
1 引言
随着科技的发展，人们对未知领域的探索也拉开帷幕，面对着高风险、高强度的任务，人们开始利用无人机替代有人飞机来执行，这也是大势所趋，形势所迫。无人飞机其实就是一种由无线电遥控控制的设备，或自身程序控制装置操纵的无人机驾驶飞行器，又被人称为遥控驾驶航空器。目前在军事、救援、农业、安防等领域发展较为迅速，在一些科技发达的国家已经得到广泛应用。本项目属于遥控飞行的四旋翼无人机，起降简单，操作灵活，无人机体积小、重量轻，机身重量仅40.5g，机身尺寸13*13cm，操作距离理论可达500m，利用无人机体积小的特点，可以工作在恶劣的，危害人类健康和生命的环境中，最大限度地减少人员伤亡，飞行器可以全天工作无需休息，工作效率高，本项目主要是基于无人机平台，结合搭载检测装置可以实现不同的功能，具有非常好的发展前景和社会价值。
2 基于STC15W4K48S4主控芯片的四旋翼飞行器的系统结构
如图1所示，四旋翼无人机采用STC15W4K48S4主控芯片，分别由NRF24L01无线控制模块、MU6050姿态测量系统、电源供电系统、升压电路、遥控器控制模块、电机驱动模块、串口通信模块、地面站系统等组成，四旋翼飞行器控制器的核心任务是姿态的测量，它的作用是为飞行器控制系统提供实时、精确的飞行状态测量数据。通过匿名科创地面站系统调节PID参数，这样做能够有效提高飞行器姿态测量精度，确保控制系统的姿态角的准确性和稳定性。
2.1 NRF24L01无线通讯
NRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM 频段的单片无线收发器芯片。控制器与无人机之间采用NRF24L01进行无线通信，使无人机端即时有效地接收控制器所发出的指令，使其能够实现在空间中自由移动。
2.2 MPU6050姿态运动传感器
MPU6050传感器是三轴数字罗盘，它可以用来测量四轴飞行器所处位置的三轴磁场信息，该传感器内置了三轴磁阻模块和放大采样电路，直接输出数字信号，用来测量航向角并进行姿态解算，主要是起到了无人机在空中的平衡调节，是四旋翼无人机的核心部分。
特点如下：
（1）IIC 数字量输出总线接口，设计使用简单，尺寸非常小；
（2）有较高的测量精度，内置12位 A/D转换；
（3）拥有自动校准功能，简化了应用的步骤；
（4）内置有自测试电路，量产测试非常方便，不需要增加额外的高昂测试设备；
（5）功耗较低，供电电压只需要1.8V，睡眠模式功耗-2.5uA，测量模式功耗-0.6mA。
2.3 控制系统和动力系统
（1）四旋翼无人机控制系统是采用NRF24L01无线模块进行远程控制，通过控制方向遥感的方向电压量变化，从而控制无人机的前后左右运动，通过控制方向遥感的油门电压量变化，从而控制无人机的上下运动，降落起飞。
（2）四旋翼无人机的动力系统由空心杯电机和电机驱动电路组成，主要是通过PWM脉宽占比去控制场效应管的导通时间，从而控制电机的转速。
3 四旋翼无人机结构设计
如图2所示为四旋翼飞行器的外形结构，根据“基本运动学原理”设计成这种形状，在电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消，使得空气中对无人机的阻力减少，工作更加稳定。
4 结束语
本文结合了现代人工智能、无线通信和基本运动学原理，通过测量四旋翼飞行器控制器姿态，为飞行器控制系统提供实时、精确的飞行状态测量数据，从而精准实现应用功能。通过无线控制，可以让飞行器在恶劣的条件下执行任务，并且飞行器可以全天工作无需休息，执行效率更高，突显了无人机的优势。
参考文献
[1]杜浩.基于GPS/INS的多旋翼MAVS自主飞行系统研制[D].南京信息工程大学，2012
[2]郎哲彦.基于模态切换的无人直升机双回路鲁棒控制器的研究[D].天津大学，2012