一年一度的新电杯又再度拉开帷幕，每年的新电杯题目都是给大一的新生量身定做的，所以希望17级新生能够在比赛中收获知识与智慧，并且获得好成绩。
针对于这次比赛，我特地为此写了3个博客，一篇就是当前这个，还有另外两篇，每天都会在原网址更新内容。
以下是三篇博客的网址：
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我们抛开题目不说，如果说想要做题，那么我们首先必须掌握下面的知识，以下的知识如果你现在都不了解，你选了这道题，这一个礼拜能把下面这些看懂就不错了。
首先，社团提供一台无人机，所以无人机的框架就不需要制作了。正题开始前，先科普一下四旋翼的原理：
图自己画的，首先要明白基础的多旋翼无人机最基本的几个部分：1，自身姿态数据获取 2，自身姿态控制 3，遥控通信 4，附加功能 ◆1）要获取自身姿态数据，需要依靠4个传感器： 加速度传感器：可以告诉你重力G的矢量方向。缺点：由于惯性在运功过程中趋向不稳定，在静态状态下趋向稳定。陀螺仪传感器：可以告诉你当前时间的角速度。缺点：由于敏感度高和传感器自身素质的缘故，在运动过程中趋向稳定，在静态状态下倾向漂移。（可理解为在静止状态下，由于传感器误差，会持续显示角速度为极小的某一值，一定时间的条件下会形成误差积累影响姿态角获取）。磁场传感器：可以告诉你地磁场方向。大气压传感器：可以告诉你当前海拔。这四个传感器一共可以提供10个数据源（三轴加速度，三轴角速度，三轴磁场角，气压）。通过滤波以及平衡（主要在于建立加速度传感器和角速度传感器之间的互补关系），可以构建成比较稳定可靠的自身姿态数据来源。（互补平衡是这一部分的重点）有一种模块叫做10dof，10 degrees of freedom，它上面同时整合了上述四个模块，可以采购来作为IMU（inertia measurement unit）的数据来源。 ◆2）实现自身姿态控制，基础方式为PID控制，笔者尝试了单级PID，控制效果并不理想，串级PID的效果十分明显。PID就是 比例-积分-微分控制。比例项产生目标，积分项平衡系统误差，微分项提高响应精度。串级PID中，内环P是角速度差x参考值Kp，负责修正值的主要输出，举例说，你的四轴正在以1度/秒的速度偏移，此时你的遥控器告诉四轴我想要你以-2度/秒的速度反向偏移，此时P项的输出量就是： （差值error = 3） x Kp，Kp需要在调试中确定具体数值。在其后是内环I,也就是积分项。举例说，如果答主四轴有一个电机出厂有瑕疵，转速比其他电机稍微慢一点点，导致系统在P基础上自行修正总是无法到达目标值，此时差量就会不断积累，并且最终乘以对应的Ki之后，作为输出值的一部分输出。在若干次修正过后，就会一直有一个值附加在这个不太好的电机上，由于输出值变高了，所以这个电机的转速也就变快了，从而平衡掉之前的瑕疵。最后是内环D。在系统自动平衡的过程中，很多时候会过度修正，导致系统在目标值附近震荡，有时还会离散，这时D的作用就体现出来了。它存在的意义是感知当前角速度的变化率，并且在之前P和I的基础上，减小输出，起到阻尼的作用。在调试PID参数时注意观察就会发现它的作用。当内环的PID设置完毕后，可以看到系统会有比较强的自稳能力，表现在用手施加干扰以后可以很快回到近似的初始位置，但是由于没有外环P，此时的内环并不能感知当前四轴的姿态。外环P的意义就是把当前的角度差折算成预期角速度输出给内环PID，例如角度偏差5度，此时如果想让四轴保持水平，那么角度差是5度，乘以外环Kp以后，就可以把此值输出给内环PID进行计算了，而当姿态趋近平衡位置时，输出也趋近于零，内环PID便会尝试把角速度稳定在0度/秒。以上就是四轴PID计算的基本原理。当得到PID系统给出的修正值后，该数值就可以用于无人机自身姿态角的平衡。在该系统中，误差等于目标姿态（也就是遥控器给出的当前姿态要求，如前倾5度并同时左倾2度并同时以0.5度每秒左旋）和当前姿态的差值，修正值用于附加在各个螺旋桨电机的输出值，从而完成姿态控制。 ◆3）遥控通信相对而言简单一些，可以通过各种模块，各种方式来完成，这里笔者选用的两枚2.4ghz带放大器的arduino通讯模块，有效稳定遥控距离在开阔场地测试过的可以达到500米，也可在航模店购买更专业的设备。 ◆4）目前多旋翼的主流功能就是航拍了。但是在成熟的控制和通讯系统下，多旋翼的功能可以有很多很多。具体功能的实现，完全取决于你所匹配的“吊舱”的功能和你的数据链“带宽”。
其次，再简要说下下A题和B题，A题侧重算法，B题侧重传感器的精确采集。A题可能让大家认为比较复杂，所以我先分析下这道题:
A题提供的传感器有:color sensor模块、步进电机、激光。可见这道题使用的模块非常的少，其中激光可以直接正负极供电就可以使用了，而本道题关键部分在于"腿"~步进电机的精度和控制算法，可能会用到一些比较简单的C语言知识，而本道题难在发挥部分所以预测，基础部分是非常简单的，发挥部分会对C语言有些要求。
建议:C语言基础比较好、对算法感兴趣的队伍可以报名。
最后，分析下B题，B题大家可能一眼都看出来是传感器的题目。那么，这道题真的如此简单吗？下面我们来分析下这道题吧。
B题使用的有:温度传感器、湿度传感器、红外遥控、水泵、蜂鸣器、LED、测速模块、显示模块(OLED、LCD、数码管等)、直流电机、电流检测模块等，首先如果认为提供的不好使，可以尽早自己购买。
那么言归正传，首先我问下大家，这些模块你都能驱出来吗？你驱出来过吗？大家可能说我有32库，据我所知，一般的32库中只有写了一个通道。比如:ADC部分，我所接触到的例程中只写了一个，而本道题用了若干个ADC，所以，还是需要你真正的会这些知识，不要因小失大。其次，精度问题。1.采集的数据中可能会有些无效的数据，你如何将这些数据除去，所以这里可能需要大家会一些滤波算法。2.如果保证数据准确....等等很多问题。
所以，综上所述，选无人机的同学，如果你没有掌握那些知识，那么你无法做出一道题。A题侧重算法，B题侧重传感器的精确采集。
以上仅代表个人看法，请大家根据自己的实际情况来选题，最后希望大家取得好成绩!