论文总字数：16680字

摘 要

四旋翼飞行器和普通的飞行器相比较而言，结构简单，相同的体积可以产生更大的上升力，故障率很低，并且特别适合在小空间范围执行任务。因此四旋翼飞行器的应用前景非常广阔。而电子陀螺仪作为四旋翼飞行器的重要组成部分，在飞行器的控制方面起着至关重要的作用。

本文基于DSP原理，首先通过DSP中的GPIO接口模拟IIC的方法实现了对电子陀螺仪位移数据的采集，运用四元数姿态解算对获取的数据进行解算，从而获得了我们所需要的角度信息。然后将GPS与DSP的SCIB口连接，通过查询的方式取出我们所需要的GPS数据。

本文使用CCS5.3的开发平台，通过对DSP几个接口的合理运用，实现了电子陀螺仪和GPS数据的采集与处理。

关键词：电子陀螺仪 GPS IIC

Electronic gyroscope displacement data acquisition and processing

Abstract

Four-rotor aircraft and general comparison, a simple structure, the same volume can have a greater lifting force, the failure rate is very low, and is particularly suitable for the range of tasks in a small space. So prospects are very bright four-rotor aircraft. The electronic gyroscope as an important part of the four-rotor, plays a crucial role in the control of the aircraft.

Based on DSP principle, first realized by DSP GPIO interface IIC simulation methods for electronic gyroscope displacement data collection, use Quaternary attitude solution for solving the data obtained, thereby obtaining the angle we need information. Then the GPS and DSP SCIB port connection, we need to remove the GPS data by interrupting the way.

As used herein, CCS5.3 development platform, through rational use of DSP several interfaces, to achieve the collection and processing of electronic gyroscope and GPS data.

Keywords: Electronic gyroscope；GPS；IIC

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2课题研究内容 1

1.3国内外的研究现状 1

1.4 本文所做的工作 1

第二章 软件开发平台及DSP微控制器简述 2

2.1 CCS开发平台简介 2

2.2TMS320F2812 DSP微控制器基本工作原理 2

第三章 电子陀螺仪与GPS的工作原理及接口规则 3

3.1 电子陀螺仪的工作原理 3

3.1.1 MPU6050基本参数 3

3.1.2HMC5883传感器基本参数 6

3.2 电子陀螺仪的接口规则 8

3.2.1 IIC通信协议 8

3.2.2 MPU6050读写规则 9

3.3 GPS接收模块的工作原理 11

第四章 电子陀螺仪与GPS数据读取的实现 12

4.1 电子陀螺仪数据读取的实现 12

4.1.1 GPIO模拟IIC 12

4.1.2 四元数姿态解算 15

4.2 GPS数据读取的实现 17

4.2.1 SCIB口的运用 17

4.2.2 通过软件编程获取GPS数据 18

第五章 总结和展望 23

5.1 总结评价 23

5.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

四旋翼飞行器是一种具有特殊结构的旋转翼无人机^[1]。本次我们小组选取四旋翼飞行器作为研究对象，从驱动、飞行、控制到后期生成报告，完成飞行器的所有基础操作，并进行探索研究。本题目通过TMS320F28x DSP微控制器对电子陀螺仪的各方向的角度数据进行采集；通过GPS接收信息提取对象位置信号，通过高度仪获取高度数据；对获取的数据进行数字滤波处理，然后存入缓冲区。

1.2课题研究内容

本课题着重于测试采集电子陀螺仪输出的角度位移信号,然后通过分析GPS提供的数据信息获取相关的高度及位置数据,最后通过软件编程将获取的数据做数字滤波处理,并存入缓冲区。

1.3国内外的研究现状

MEMS陀螺仪因为它的可靠与准确，一直很受大家的青睐，特别是在需要准确度极高的场合。 现如今，MEMS陀螺仪的应用更是深入我们的生活中。比如航空事业，汽车行业等等。陀螺仪的飞速发展带动着全球经济的发展，大大提高了自动化水平的发展，让我们的电子发展进入了一个崭新的时代^[2]。

1.4 本文所做的工作

这里我们使用MPU6050这样一个电子陀螺仪模块，但是直接采集而来的信号数据是无意义的，并不是直接得到角度信号，这里还要求对读取到的数据进行滤波和四元数解算，才可以得到准确的角度信号。

四旋翼飞行器的无线控制范围是有限的，如果飞行器脱离了控制范围，那就涉及到一个失控返航的功能设计，其中最基本的要求就是能够获取飞行器的初始位置，我们使用民用GPS来对飞行器进行定位，用开发板的串口读取GPS所发数据，并提取有效所需求的数据，实时获取它的经纬度，以保证飞行器不脱离控制。

之后，学习互补滤波和卡尔曼滤波等算法,在进行比较整合后,对四旋翼飞行器的控制算法进行分析与实验。最后，总结本次设计的成果与不足,完成论文。

第二章 软件开发平台及DSP微控制器简述

2.1 CCS开发平台简介

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