民用多旋翼航拍无人机飞行的设计初稿(4)(7)

南华大学船山学院毕业论文（或设计）

MPU-60X0传感器是通过利用3个16位的高精度模数转换器来对三轴陀螺仪

和三轴加速度计收集的信号进行模数信号转换，同时该款传感器还可以根据用户对精度的需要进行控制和修改。MPU-60X0 的陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。同时传感器上还有一个 1024 bit的 FIFO存储器，有了这个存储器之后大幅度降低了该传感器的运算负荷并且可以加快数据处理速度。同时该IMU是采用400KHZ的I2C通信数据口或1MHZ的SPI通信数据口来与其他设备进行通信（注：SPI 接口仅 MPU-6000 芯片可支持）。

此外，MPU-60X传感器上还附带了高精度温度测量模块，同时还拥有在正常情况下只有±1%幅度变化的晶振。 该传感器的规格为 4mm×4mm×0.9mm，并且采用特殊QFN高强度封装，可以经受10kg以下的外力撞击，并有可多次擦写的低通滤波器。关于芯片工作电源，MPU-60X0可支持VDD范围2.5V±5%，3.0V±5%，或 3.3V±5%。另外 这款MPU-6050 还带有一个VLOGIC引脚，作为逻辑电平来供给I2C输出。VLOGIC电压可取1.8±5%或者是VDD。

图3.7MPU-60X0实物图

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图3.8MPU-60X0封装图

MPU-6050个引脚功能如表3-1所示。

表3.1各引脚输出和信号描述表

3.3.1.2 IMU模块电路设计

本设计中MPU6050的硬件电路图如图3.9所示。

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图 3.9 MPU6050 的电路连接图

IMU电路中所采用的电容器的型号如表3.2所示。

表3.2 MPU6050电容选用规格

图3.10 MPU6050实物图

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3.3.2 磁航向计模块设计

无人机在飞行作业的过程中，飞行路线的确定和灵活操控关乎着任务成功与否，由于这个重要性，我们选用的是HMC5883L。其依旧采用I2C作为数据通信方式。HMC5883L有数字信号传输口，它是一款贴装的弱磁性状态感知模块。由于其总集成度好、价格普遍较低，经常用于做磁罗盘以及其他需要进行磁检测等场所。HMC5883L包括了HMC118X 系列磁阻传感器，磁阻分辨率非常高，另外HMC5883L内部还集成了运算放大器、自动消磁模块、AD转换模块、偏差自恢复模块等功能部件，可以确保磁罗盘检测精度在 1~2°。 HMC5883L 内部示意图如下所示。

图 3.11 HMC5583L 内部结构图

磁航向计模块运用的是目前较先进的无铅封装，其设计有十六个IO脚，模块的规格为3.0×3.0×0.9mm。HMC5883L 的实物图和引脚封装图如下、图 3-13 所示。

图 3.12 HMC5883L 实物图和引脚封装图

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图 3.13 HMC5883L 电路连接图 图3.14HMC5883L 模块实物图

因为该传感器材质的特殊性，所以在部分磁场分布不均的场所，它的检测反

应速度会大幅度受影响。所以在对电路板设计的时候应注意在传感器旁边尽量避免防止带磁性的电子元件，并且要避免将传感器布置在大电流元件的周围。

3.3.3 高度传感器模块设计

常用于测量物体或者位置高度的方法有超声波测距、红外线测距、GPS定位

系统定高、气压计定高等。如下表3-3 所示。

表 3.3 常见的高度测量方法对比表

由表表3.3可知，在次无人机设计中采用气压计来对无人机进行定高。根据查表所得，目前常用的精密压力传感器有BMP085传感器 ，它的能耗低（在正常工作状态下的能耗时仅有5微安）、检测性能优越，并可广泛应用于各种便携式设备中。该传感器内部自带感知测量装置、模数变换器、RAM以及中央操控模块。感知测量装置在无人机飞行过程中进行相关数据（气压值、温度值）的采集，采集完毕后将采集到的模拟信号转换为数字信号，接着中央操控模块将 RAM 中提前

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