Arduino无人机源码如何实现核心控制？

核心概念：无人机如何飞行？

一个无人机能稳定飞行,主要依赖于一个叫做姿态控制的系统，其核心思想是负反馈控制。

1. 感知: 无人机需要一个“大脑”来知道自己的当前姿态（是否倾斜？倾斜了多少？），这个“大脑”就是陀螺仪和加速度计（通常集成在一个叫做 MPU6050 的传感器中）。
2. 计算: Arduino 读取传感器的数据，计算出无人机当前的姿态（俯仰角、横滚角、偏航角）。
3. 比较: Arduino 将计算出的当前姿态与目标姿态（通常是水平飞行，即所有角度都为0）进行比较，得到一个误差。
4. 控制: Arduino 根据这个误差，使用PID 控制器计算出修正这个误差所需的电机输出功率。
5. 执行: Arduino 将计算出的功率值发送给电调，电调再控制无刷电机的转速，从而产生升力，使无人机恢复到目标姿态。

这个过程以极高的速度（通常是几百到上千次/秒）不断循环，从而实现无人机的稳定悬停。

硬件清单

在开始写代码之前,你需要准备以下硬件：

1. 主控制器:

   • Arduino Mega 2560: 强烈推荐，因为它有足够的硬件串口，可以轻松连接遥控器、蓝牙模块和地面站，避免软件串口带来的冲突和延迟。
   • 备选： Arduino Uno (需要更复杂的串口管理) 或 STM32 (性能更强，但开发环境不同)。

2. 传感器:

   
   （图片来源网络，侵删）
   • MPU6050: 6轴运动处理单元（3轴加速度计 + 3轴陀螺仪），用于获取姿态数据。

3. 电机和动力系统:

   • 4个无刷电机: 根据你的无人机大小选择合适尺寸和 KV 值的电机。
   • 4个电调: 电子调速器，接收 Arduino 的 PWM 信号，控制无刷电机的转速，确保电调支持你的遥控器和 Arduino 的 PWM 协议（通常是 Oneshot125, Oneshot42, Multishot 或标准 PWM）。
   • 4个螺旋桨: 2个正桨，2个反桨。
   • 锂电池: 3S 或 4S 锂聚合物电池，以及配套的充电器。
   • 飞控板 (可选但推荐): 一个集成了电源分配板 的板子，可以简化接线。

4. 遥控与接收:

   • 遥控器: 支持至少4个通道（油门、俯仰、横滚、偏航）。
   • 接收机: 接收遥控器的信号，并将其转换成 Arduino 可以读取的 PWM 信号。

5. 其他:

   • 机架: 无人机的“骨架”。
   • 杜邦线、焊锡台、热缩管等。

Arduino 无人机源码 (完整版)

这份代码包含了姿态解算（使用 Madgwick 滤波器）、PID 控制、遥控器信号读取和电机输出等所有核心功能。

1. 必需的库

在 Arduino IDE 中，你需要安装以下库：

1. I2Cdevlib: 用于 MPU6050 的底层通信。
   • 安装方法：工具 -> 管理库... -> 搜索 I2Cdevlib 并安装。
2. MadgwickAHRS: 用于姿态解算，比卡尔曼滤波更简单，效果也很好。
   • 安装方法：工具 -> 管理库... -> 搜索 MadgwickAHRS 并安装。

2. 接线说明

• MPU6050:
  • VCC -> 5V
  • GND -> GND
  • SCL -> SCL (Arduino Mega: Pin 21)
  • SDA -> SDA (Arduino Mega: Pin 20)
• 接收机:
  • 油门 -> Pin 22
  • 俯仰 -> Pin 24
  • 横滚 -> Pin 26
  • 偏航 -> Pin 28
• 电调:
  • 信号线 -> Pin 3, 5, 6, 9 (这些是支持 PWM 的定时器引脚)
  • 正负线 -> 飞控板的电源输出

3. 源码

/*
 * Arduino 无人机飞控源码
 * 功能: 基于 MPU6050 的姿态稳定控制
 * 作者: AI Assistant
 * 日期: 2025-10-27
 * 硬件: Arduino Mega 2560, MPU6050, 4x 无刷电机+电调, 遥控器+接收机
 * 库: I2Cdevlib, MadgwickAHRS
 */
#include <Wire.h>
#include <I2Cdev.h>
#include <MPU6050.h>
#include <MadgwickAHRS.h>
// ====================== 引脚定义 ======================
// 接收机引脚 (PWM 输入)
#define CHAN_THROTTLE  22
#define CHAN_PITCH     24
#define CHAN_ROLL      26
#define CHAN_YAW       28
// 电调引脚 (PWM 输出)
#define MOTOR_FL 3  // 前左电机
#define MOTOR_FR 5  // 前右电机
#define MOTOR_BL 6  // 后左电机
#define MOTOR_BR 9  // 后右电机
// ====================== 参数配置 ======================
// 遥控器通道参数 (根据你的遥控器调整)
#define PULSE_MIN 1000  // 最小脉宽 (us)
#define PULSE_MAX 2000  // 最大脉宽 (us)
#define PULSE_MID 1500  // 中立点脉宽 (us)
// PID 参数 (需要根据你的无人机进行整定)
// PID = P * Error + I * Sum(Error) + D * (Error - LastError)
// 俯仰和横滚的PID参数通常是一样的
#define PID_P_ROLL  4.0    // 横滚 P 增益
#define PID_I_ROLL  0.01   // 横滚 I 增益
#define PID_D_ROLL  1.5    // 横滚 D 增益
#define PID_P_PITCH 4.0    // 俯仰 P 增益
#define PID_I_PITCH 0.01   // 俯仰 I 增益
#define PID_D_PITCH 1.5    // 俯仰 D 增益
#define PID_P_YAW   2.0    // 偏航 P 增益
#define PID_I_YAW   0.01   // 偏航 I 增益
#define PID_D_YAW   0.5    // 偏航 D 增益
// 电机输出范围 (PWM)
#define MOTOR_MIN 1000
#define MOTOR_MAX 2000
// ====================== 全局变量 ======================
MPU6050 mpu;
Madgwick madgwick;
// 遥控器值
int throttle, pitch, roll, yaw;
// 姿态角度
float roll_angle, pitch_angle, yaw_angle;
// PID 控制变量
float roll_pid_output, pitch_pid_output, yaw_pid_output;
float roll_error, last_roll_error, roll_error_sum;
float pitch_error, last_pitch_error, pitch_error_sum;
float yaw_error, last_yaw_error, yaw_error_sum;
// ====================== 初始化函数 ======================
void setup() {
  Serial.begin(115200); // 用于调试
  // 初始化电机引脚
  pinMode(MOTOR_FL, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_FR, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_BL, OUTPUT);
  pinMode(MOTOR_BR, OUTPUT);
  // 初始化接收机引脚
  pinMode(CHAN_THROTTLE, INPUT);
  pinMode(CHAN_PITCH, INPUT);
  pinMode(CHAN_ROLL, INPUT);
  pinMode(CHAN_YAW, INPUT);
  // 初始化 MPU6050
  Wire.begin();
  mpu.initialize();
  if (!mpu.testConnection()) {
    Serial.println("MPU6050 初始化失败!");
    while (1);
  }
  Serial.println("MPU6050 初始化成功!");
  // 设置陀螺仪和加速度计的满量程范围
  //陀螺仪: ±250 度/秒, 加速度计: ±2g
  mpu.setFullScaleG

标签： Arduino无人机源码核心控制实现 Arduino无人机飞控算法源码 Arduino无人机姿态控制代码解析