微型四旋翼无人机设计

实验题目：微型四旋翼无人机设计

课程简要信息

课程名称：走进机器人（国家一流课程）

课程学时：52学时

项目学时：16学时理论，36学时实践

适用专业：自动化、通信工程、计算机等

学生年级：本科全年级（任选）

实验内容与任务（限500字，可与“实验过程及要求”合并）

实验包括4个阶段性任务以及最终的实物演示验收，学生可进行多方案及多路径选择，基础层必做，扩展层选做，创新层鼓励做，如表1所示。

1）学习电路绘制，使用PCB设计工具完成电路原理图的绘制和PCB板设计。设计电路时可以参考教师提供的电路范本进行设计，也可以自己选择合适电路进行设计；

2）学习掌握四旋翼无人机的飞行控制基本原理，掌握四个旋翼转速与飞行器飞行方向的对应关系，能够掌握微处理器片上资源的基本功能、工作原理及应编写驱动程序等；

3）掌握处理器接口技术能力，能够熟练使用微型四旋翼实验平台的各个传感器和模块，如无线通信单元NRF24L01和陀螺仪单元ICM20602等；

4）实现对微型四旋翼无人机飞行控制代码的编写。能够通过遥控器和相应的无线通信协议实现的飞行姿态控制。

5）基于微型四旋翼无人机参加课内的无人机竞赛或课外的相关无人机竞赛，课内无人机竞赛要求能够实现特定飞行路径，课外竞赛要求其难度不低于课内。

表1 案例任务分层表

实验过程及要求（限300字）

1）提前进入实验室，在教师指导下，依据教师所提供参考方案，进行基本设计或挑战设计，完成硬件设计后进行软件程序编写。

2）学习掌握四旋翼无人机飞行控制基本原理，学习如何通过电机控制四旋翼无人机俯仰、滚转和偏航角；掌握四旋翼无人机控制基本算法，如姿态解算、PID控制等；

3）掌握使用通信接口来与传感器模块进行数据交互。如使用SPI协议读取陀螺仪数据、进行串口与电脑端通信等；

4）掌握一个基于四旋翼无人机的嵌入式综合项目设计与管理流程，参加无人机比赛实现能力的强化以及提升自主解决问题能力等；

5）对所完成功能进行演示，并撰写设计总结报告。

相关知识及背景（限150字）

课程教学的痛点在于学生的知识贯通能力弱、工程应用能力不足，而微型四旋翼无人机融合多门电子信息学科的智能综合体，其不仅需要运用到电子技术、运动控制、通信技术等技术，还需要掌握传感器及检测技术、自动控制原理并实现电路图绘制与调试等内容。学生通过对微型四旋翼无人机的设计和制作，不仅提升学生对案例内容的理解，还可充分掌握电子系统设计和制作的完整流程，提高动手实践能力以及激发创新精神。

实验环境条件

案例基于使用STC15处理器/GD32处理器/STM32处理器/MSPM0处理器的微型四旋翼无人机实践平台开展教学，如图1所示。其中四旋翼无人机长宽大小为10cm×10cm，桨叶长度为7.5cm；无线遥控器长宽大小为10cm×6.5cm；四旋翼无人机硬件上分为三个主要单元：主控模块、动力模块、传感器模块。主控模块主要包括时钟、复位、调试电路等。动力模块主要包括锂电池、电源管理、电机驱动电路等。传感器模块包括姿态传感器、无线通信模块。

图1 微型四旋翼无人机实践平台

实验工具：电烙铁、焊锡丝、斜口钳、吸锡器、松香、摄子、面包板

实验仪器：直流稳压电源、万用表、数字示波器、笔记本电脑（学生自带）

软件平台：Altium design/LCEDA，keil V5.38

电子元器件：贴片电阻、贴片电容、开关、降压芯片HX9193、升压芯片QX2303、充电芯片LTC4054、6轴姿态传感器ICM20602、直流电机、无线通信NRF24L01模块等。

教学目标与目的（限150字）

本项目教学目标与目的主要有3个层面，如图2所示。

1）知识目标：明晰四旋翼无人机设计的基本理论、知识和技能，掌握常用软硬件计算、绘制、调试与分析方法。

2）能力目标：掌握机电项目的系统设计流程，具有优秀机电项目设计的严谨思路、自主学习、探究实践及团队协作能力。

3）素质目标：针对机电设计技术养成良好的职业道德和工匠精神，激发科技报国信念和社会责任感，勇于投身机电技术，追求卓越。

图2 实验教学目标

教学设计与实施进程

四旋翼无人机的设计过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实物飞行、设计总结等过程。依据课程特点及拔尖创新人才培养的教育目标，将线上、线下，课前、课中、课后五个教学过程有机结合。教学设计上主要通过线上线下相混合的方式来实现，在这个过程中贯穿博学、审问、慎思、明辨、笃行。如图3所示。

图3 无人机课程的线上线下混合式教学设计图

线上，学生自主学习基本知识点，同时开放实验室，学生可实践体验并提供指导；线下，老师讲解重难点、示范案例、答疑解惑，实施翻转课堂教学，测验互动等。

课前教师线上发布学习任务，学生观看教学视频，进行无人机知识的闯关学习，通过参加线上讨论、测验等方式加深知识的理解，达到高效预习目的。

课中教师总结学生的线上学习成效，讲解新知识，进行重难点解析，并以翻转课堂的形式开展授课，组织学生以小组为单位，围绕对应四旋翼无人机开展系统设计、单元讨论，充分利用超星、雨课堂等智慧教学工具对学习效果进行监测，及时反馈学情并调整，达到让学生能深入学习目的。

课后线上线下及教室、实验室混合联动，与学生交流，总结反思，引导、辅导及指导学生拓展学习，并鼓励学生利用课程知识参与项目设计及科创竞赛，促使学生实际应用知识，培养实践能力及创新精神。

课程教学过程中，学校同步举办无人机、机器人等大赛，课程学生自由组队，要求完成课内竞赛并鼓励在规定的时间内基于课程所学内容完成校级及以上相关竞赛的赛题选择、方案设计、系统制作调试和论文撰写等环节。

课程教学设计中的部分过程如图4所示。

图4 课程教学设计部分过程记录图

实施进程

案例实施过程主要分为4阶段，主要包括理论课前的实践、软硬件理论教学、软硬件实践教学、综合实践教学，如表2所示。相关内容依据学生学习情况，进行动态反馈，持续改进。

表2 案例实施过程阶段表

其中，根据各阶段任务，授课不同时间段的任务及要求简要介绍如下：

1. 课前准备

a) 学生线上学习PCB电路设计与焊接和仪器仪表使用、软件安装下载与使用等知识技能。通过高阶性的线上资源，让学生充分认识课程任务及内容。

b) 学生从在线学习资源库中下载所有学习资料，阅读系统简介和课程计划，查阅了解无人机基础知识，学习PID控制算法，了解其控制原理。

c) 教师在实验室准备好四旋翼平台及焊接工具、示波器、万用表等基本实验工具，笔记本电脑学生自备，为学生进入实验室及上课实践做好准备。

d) 学生提前进入实验室，进行微型四旋翼项目的初体验，如实现基本的焊接体验及四旋翼飞行控制体验，实现对兴趣的激发。

2. 课堂教学

在课堂教学中，涵盖理论授课及实践指导，主要在以下几个方面加强对学生的引导：

a) 学习电路绘制的基本要点和相关软件的使用方法。提供并讲解基础原理图及PCB图的绘制流程，在学生绘制时给出指导。微型四旋翼的各功能模块都给出参考电路，并在绘制完成后指导学生完成所选用实验平台的焊接和电路调试方法。

b) 四旋翼无人机核心处理器选择可以差异化，包括STC15处理器/GD32处理器/STM32处理器/MSPM0处理器等，学有余力的同学也可以选择多个处理器进行开发和实践。同时，针对未完成硬件设计的同学，可以使用现有的实践平台，但其分数相应降低。

c) 讲解四旋翼无人机飞行控制基本原理，介绍几个核心算法和四旋翼无人机的控制流程图；学生基于微型四旋翼的遥控器进行处理器的学习开发并实现底层驱动程序编写。

d) 简略地介绍反馈控制的基本原理，要求学生自学实现反馈控制的方法及参数的整定，学生基于虚拟仿真平台及上位机调试平台进行实践。

e) 带领学生编写几个传感器外设如ICM20602等，掌握使用处理器驱动各个传感器的方法。实现芯片编程部分难点的讲解，让学生举一反三，实现更多芯片的驱动程序编写。

f) 提供基础的软件控制框架方案，并对其中的关键代码进行挖空处理，学生在学习完相关知识后完成代码填空，并自行完成代码调试、掌握相关控制参数的整定方法。在完成上述任务后，学生还可以查阅相关算法资料，用以更换姿态解算和运动控制算法。

g) 在实验过程中，通过组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同控制方案及设计过程中遇到的问题，拓宽知识面。

h) 为实现更好的组内帮扶，将学生进行分组，一般为2~3人一组。针对四旋翼无人机的设计，需要组内成员进行分工合作、互相探讨，共同制作出一架性能优异的四旋翼。旨在通过合作的形式，加强团队成员之间的沟通与协作，确保每位成员都能充分理解和掌握四旋翼无人机的相关知识及操作技巧，共同完成课程实践任务。

i) 无人机课内竞赛，在无人机制作完成后，组织学生进行“无人机穿环”比赛，检验学生对课程的完成度以及四旋翼无人机的控制飞行能力。其流程为：学生通过遥控操作四旋翼，从起点出发，沿着适当的轨迹，穿越若干个圆环，最后回到终点。根据飞行过程中的飞行姿态与穿越的圆环数量进行打分，对成绩优异的学生进行奖励，激发学生科创热情。课内竞赛相关记录如图5所示。

图5 课内无人机竞赛

此外，在教学过程中，充分关注学生设计的规范性。例如，要考虑系统结构和模块构成，以及模块之间的接口方式和参数要求。在调试阶段，应特别注意工作电源和参考电源的品质对系统指标的影响，以确保电路的稳定性和可靠性。特别是电源电路在焊接完成后需要交由指导老师检查和测试才能进行下一步元器件的焊接。

3. 课后思考和总结

a) 学生根据课程任务完成实验，并依据实验报告要求撰写实验报告，并附上课程心得，鼓励学生记录实验过程中遇到的问题和解决方法。教师根据学生完成情况进行调整与改进。

b) 无人机知识具有很强的学科交叉性，学生在学习课程过程中，还可根据自己喜好去参加大创项目、学术活动、科研课题等。学生可以在课外时间进行新的控制算法研究、设计新的机电项目等。同时鼓励学生在课外完善课内创意及作品。

c) 课后时间积极参加无人机相关的竞赛，如全国大学生电子设计竞赛，引导学生基于该实验项目进行进一步的探索，比如四旋翼的室内定位、自主导航等功能，又或者是二旋翼、三旋翼甚至倾转旋翼的设计与制作。

通过基于较为完整的四旋翼无人机项目设计，实现多层次的教学内容安排与教学模式设计，提升学生对课程内容的理解及动手实践能力。引导学生根据需要设计电路、选择元器件、设计相关电路并进行程序编写，组织学生基于四旋翼无人机进行任务分工、相互协作，共同完成任务。鼓励学生在完成基础任务之后进行创新设计，进而培养其解决问题能力和创新精神。

课程整体教学中，采用项目驱动与问题启发贯通融入，项目体验、课堂翻转、实践探究、竞赛浸入的逐层递进教学新方法。同时，将课程思政有机融入无人机专业知识，润物细无声。通过挖掘中国古、现代机电设计历程及成果，结合时事热点，比如诸葛亮发明木牛流马、华为“断芯”、俄乌战争中的无人机攻击等事件，启发学生的辩证思维，熏陶学生的探索精神，培养学生科学的人生观、价值观、家国情怀、责任感和历史使命感。

实验原理及方案

1）系统结构框图

图6 系统结构框图

系统结构框图如图6所示，采用机器人这类智能体核心部分（处理器、传感器、人机接口、执行器、电源）构建的思想，以GD32F303处理器为例，其主要由主控、电源、动力、人机接口及传感模块组成。

2）实验平台硬件原理图

主控模块是四旋翼无人机的核心控制中枢，为了方便教学和便于同学们快速入门，选择STC15处理器/GD32处理器/STM32处理器/MSPM0处理器。这些不同的处理器，学生可以根据自己的喜好和能力进行选择。四旋翼无人机实践平台主控模块电路除处理器外，还包括时钟电路、复位电路、SWD调试电路、启动模式电路、电源滤波电路等辅助电路。主控模块电路原理如图7所示，图7中以GD32处理器为例。

图7 主控模块原理图

动力模块中采用4个720空心杯电机实现4个桨叶的旋转，通过改变相应电机转速来控制无人机的姿态和高度。空心杯电机主要参数为电压3.7V、转速50000rpm。其驱动使用单个低压大电流的NMOS管进行驱动，NMOS管型号为SI2302。其导通电阻为55mΩ，最大驱动电流可达2.8A。为吸收电机反向电动势及降低噪声，在电机两端并联肖特基二极管1N5819及0.1uF电容。动力模块中电机驱动电路如图8所示。

图8 动力模块中电机驱动电路原理图

图9 动力模块中电源电路原理图

系统使用电压3.7V、容量800mAh、充放电25C的单节锂电池供电。其中电池直接给电机供电。为避免因电池压降对主控模块、传感器模块电路的影响。采用高效率、宽范围的QX2303L50F升压芯片将电池电压先升压到5V再通过低压差、低噪声HX9193-33GB-N芯片降压到3.3V供电。为避免电池发生过放的问题，通过电压分压对电池电压进行检测，设计程序在电池低电压时进行报警。动力模块中电源电路如图9所示。

传感器模块主要为四旋翼无人机的主控提供姿态数据和遥控器的控制指令。其中四旋翼的姿态数据使用6轴运动传感器ICM20602进行采集。ICM20602是一种低功耗、高精度的6轴惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）芯片。其包含一个3轴陀螺仪和一个3轴加速度计，可同时测量六个方向上的加速度和角速度。

平台中无线遥控数据使用NRF24L01模块进行收发处理。NRF24L01是单片高集成度、低功耗、具有双向通信能力的2.4GHz无线收发芯片。其具有多通道、自动应答的特点，可以实现多通道数据传输和多设备同时通信的功能。该芯片支持数据包长度自由配置，最大可以一次可传送的数据量为32字节。

平台中还预留引出2路串口，用于学生自主设计时进行扩展。传感器模块电路原理如图10所示。

图10 传感器模块电路原理图

3）四旋翼无人机飞行控制原理

根据四旋翼对称的组成结构有两种飞行姿态，一种是根据四旋翼十字对称的结构，将处于同一水平线的一对机架梁作为x轴另一对梁作为y轴的“+”型飞行姿态，另一种是将相应两个梁的对称轴线作为x轴，另一条对称轴线作为y轴的“X”型飞行姿态。四旋翼的两种飞行姿态如图9所示。

需要注意的是，相邻的两个旋翼转动方向相反，对角线上的两个旋翼转动方向相同。安装桨叶时需要注意，桨叶分为两种分别是“正桨”和“反桨”，顺时针转动能产生向上升力的桨，称为“正桨”；逆时针转动能产生向上升力的桨，称为“反桨”。产生向上升力的同时，这四个旋翼都会向下吹风，保证提供向上的升力，一般以向下吹风作为装配正确的标准。图9、10、11中M1即为1号电机，M2为2号电机，以此类推。

图11 十字型模式和X型模式

四旋翼之所以只分为十字形和X形，这是因为反扭距的影响，其中四个电机旋转方向两两相同（2个顺时针旋转，2个逆时针旋转）；通过这种设计方式能够相互抵消反扭矩如果对角的电机和桨叶不是对称安装的话，这时候产生的反扭距会使得四轴在偏航方向产生移动，发生自旋转，导致系统不再稳定。

四旋翼飞行器可以做到沿着x，y，z三个轴进行旋转或者平移运动，因此在每个轴上面有两个自由度。四旋翼飞行器是一种六自由度的机器人，具体的运动方式如图12所示。从四旋翼飞行姿态示意图中可知，四旋翼无人机属于不稳定系统，因此必须依靠强大的飞控系统才能进行稳定飞行及控制。

图12 四旋翼飞行姿态示意图

垂直运动实际上就是飞行器沿着Z轴进行上下运动。四轴飞行器的四个螺旋桨高速旋转产生升力，提供飞行动力。假设四旋翼飞行器处于平稳状态，四个螺旋桨转速一样。此时同时增加四个螺旋桨的转速，可以提供向上的升力，当升力等于机体所受到的重力时，此时飞行器处于平稳的悬停状态。但实际上四个螺旋桨由于安装机体的不水平，或者电机电调老化，这时候就需要强大飞控系统来闭环控制，才能实现稳定的悬停。

俯仰运动实际上就是飞行器沿着Y轴进行旋转运动。假设现在无人机水平稳定，那么在保持2、4电机的转速不变的情况下，改变1、3电机的转速，1、3电机会产生不同的升力，使得无人机沿着Y轴发生旋转运动，这时无人机的姿态发生改变，整体受力也发生改变，使得机体受到向前或者向后的力，导致产生沿着X轴的位移。

滚转运动实际上与俯仰运动相同，只是1、3电机与2、4电机对调，使得无人机沿着X轴发生旋转运动，这时无人机的姿态发生改变，整体受力也发生改变，使得机体受到向左或者向右的力，导致产生沿着Y轴的位移。

图13 四旋翼飞行器俯视示意图

偏航运动实际上就是飞行器沿着Z轴进行自旋转运动。四轴飞行器的四个螺旋桨高速旋转产生反扭距，但是相邻的螺旋桨相互抵消反扭距，如果是单旋翼控制无人机的话，机体会朝着反方向旋转，四旋翼的偏航运动其实就是通过四个旋翼的转速不同导致扭矩不平衡的结果。如果1、3电机转速增加的话，2、4电机转速减少，那么机身会出现顺时针方向的旋转现象。

经过对无人机飞行原理的说明后，接下来以图13对四旋翼无人机运动控制方法做进一步说明。以4轴，X形状为例。为方便说明，把电机进行编号，右下为4号，右上为1号，左下为3号，左上为2号电机。设想以下场景：

①无人机悬停飞行

无人机悬停飞行需要4个电机的转速保持一致，来保持飞行器的水平，此时四个电机的转速=悬停油门。

②无人机向右飞行

如果想要无人机向右飞行，需要增加左边两个电机（2,3）的转速，减小右边两个电机（1,4）的转速。此时，4号电机=悬停油门 - 右倾的量；1号电机= 悬停油门 - 右倾的量；2号电机 = 悬停油门 + 右倾的量；3号电机= 悬停油门 + 右倾的量；

③无人机向左飞行

当希望飞行器向左飞的时候，上面公式依然成立，但此时，不过右倾的量为负数。

④无人机向前飞行

当希望飞行器向前飞的时候，需增加后面一组电机（3,4）的转速，减小前面一组电机（2,1）的转速。4号电机=悬停油门 + 前飞的量；1号电机= 悬停油门 - 前飞的量；3号电机 = 悬停油门 + 前飞的量；2号电机= 悬停油门 - 前飞的量；

⑤无人机向后飞行

飞行器向后飞的情况，上面公式依然成立，前飞的量为负数。

⑥无人机顺时针旋转

当希望飞行器顺时针旋转， 需增加1号，3号 对角线两个电机的转速，减小2号，4号这条对角线电机的转速。4号电机=悬停油门 - 旋转的量；1号电机= 悬停油门 + 旋转的量；3号电机 = 悬停油门 + 旋转的量；2号电机= 悬停油门 - 旋转的量；

⑦无人机逆时针旋转

当希望飞行器逆时针旋转， 需减小1号，3号对角线两个电机的转速，增加2号，4号这条对角线电机的转速，此时旋转的量变为负数。

经过以上情况的列举后，可计算出控制一架无人机四个电机所需的转速对应关系：

4号电机 = 悬停油门 - 右倾的量 + 前飞的量 - 旋转的量；

1号电机 = 悬停油门 - 右倾的量 - 前飞的量 + 旋转的量；

3号电机 = 悬停油门 + 右倾的量 + 前飞的量 + 旋转的量；

2号电机 = 悬停油门 + 右倾的量 - 前飞的量 - 旋转的量。

4）实验平台代码流程

微型四旋翼实践平台的整体程序框架主要包括传感器信息获取、姿态解算、飞行控制等。整体程序流程图如图14所示。

平台程序启动时先对各种外接传感器完成初始化操作，确保各单元正常工作后，程序进入四旋翼的任务处理部分。程序中主要划分了四种任务。一是定时对陀螺仪的数据读、PID外环控制和PWM输出进行电机控制，时间间隔为4ms。二是实现加速度数据获取和滤波并进行姿态解算实现PID外环控制，实现四旋翼的姿态控制，时间间隔为8ms。三是定时接收遥控器发送的数据并将其转化为姿态期望值，时间间隔为20ms。四则是用户自行定义的任务，在处理前两种任务的间隙可以控制LED做出不同的闪烁动作来表示当前状态，如解锁、低电压和遥控器信号丢失等状态，还可以设置自动飞行任务，如一键起飞、前进以及悬停等，间隔100ms。

图14 四旋翼整体程序流程图

5）姿态解算算法

姿态解算是根据惯性测量单元数据求解出无人机的空中姿态。常用的方法有互补滤波和卡尔曼滤波。教学过程中教授并演示互补滤波算法。

互补滤波算法中将四旋翼无人机处于近似悬停状态，除了重力加速度外，并没有其他额外的加速度运动作为假设前提。因此算法在运行中把机体的瞬时加速度作为噪声处理。首先是将四元数处理计算后得到机体坐标系b上z轴的加速度向量$\mathbf{g}{\mathbf{b}}$，然后将其与加速度传感器测量的经过归一化后的数据$\mathbf{ac}\mathbf{c}{\mathbf{b}}$进行矢量叉乘，得到向量的矢量误差。如式(1)所示：

$$\begin{array}{r} referr = \mathbf{ac}\mathbf{c}{\mathbf{b}} \times \mathbf{g}{\mathbf{b}}#(1) \end{array}$$

$referr$的物理含义是从加速度测量的矢量到由四元数推算的矢量之间需要旋转修正的补偿误差。该误差通过一阶滤波器进行滤波（系统中滤波器的截止频率为1Hz）后即可作为陀螺仪的修正参数。为了实现稳态控制并消除长时间累计误差，平台算法中采用比例-积分控制器对该误差进行处理修正。以x轴方向的陀螺仪数据补偿为例，如式(2)所示：

$$\begin{array}{r} refgyro.x = \omega_{x} + K_{p} \cdot referr.x + K_{i}\int_{}^{}{referr}.x\ dt#(2) \end{array}$$

其中，$refgyro.x$为修正后的陀螺仪信息参与四元数的数据迭代更新处理。$K_{p}$与$K_{i}$的值共同调节加速度计传感器信息和陀螺仪传感器信息之间的权重，两者互补。

6）闭环控制程序设计

为了降低入门难度，选择闭环控制领域经典的PID控制算法进行教学。平台中所设计的增量式PID算法如式(3)所示：

$$\begin{aligned} \Delta u(k) & = u(k) - u(k - 1) \ & = K_{p}\left\lbrack e(k) - e(k - 1) \right\rbrack + K_{i}e(k) \ & {+ K}_{d}\lbrack e(k) - 2e(k - 1) + e(k - 2)\rbrack#(3) \end{aligned}$$

其中，$e(k)$表示当前时刻的系统输出与输入误差，同理，$e(k - 1)$和$e(k - 2)$分别表示上一时刻和上上个时刻的系统输出与输入误差。$u(k)$代表当前时刻的位置式PID结果，$u(k - 1)$代表上一时刻的位置式PID结果。将两者相减并化简即可得到增量式PID的计算公式。这里$K_{p}$为比例系数，$K_{i}$为积分系数，$K_{d}$为微分系数。

为了系统飞行控制更加稳定，算法中设计了闭环串级PID控制器来实现四旋翼的姿态环控制。具体而言，通过将角度PID的输出作为角速度PID的输入，角速度环的输出直接控制电机，这样可获得更快的姿态控制响应。其串级控制流程如图15所示。

图15 串级PID控制流程图

实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

1. 实验需求分析：了解四旋翼无人机飞行控制原理，分析四旋翼飞行的具体需求（如：升力等）

2. 实现方案论证：硬件方案设计，选择合适的传感器和软件方案设计选用合适的算法。

3. 理论推导计算：描述在实验中运用到的理论知识，重点描述PID公式等控制算法的参数计算和仿真。

4. 电路设计与参数选择：设计四旋翼无人机飞行实验平台电路，描述各个模块电路设计说明。

5. 电路测试方法：搭建四旋翼无人机飞行实验平台电路。

6. 实验数据记录：设计测试表格，如四旋翼无人机飞行控制中旋翼转速和倾转方向的对应关系。

7. 代码调试问题：总结在调试代码过程中遇到的问题，特别是分析原因。

8. 实验结果总结：依据项目完成情况（含竞赛）写出实验设计报告，对实验结果总结与分析。

图16 学生部分实验报告

考核要求与方法（限300字）

考核分两部分共100分，过程考核及现场实物验收（80分），实验报告（必要项，20分），具体考核内容如表1所示。

表3 过程考核及实物验收评分表

表4 实验报告评分表

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目以多学科交叉的四旋翼无人机为载体，根据学生实际需求和能力，可以差异化自主选择方案进行实践。通过多模式混合式教学及项目式、体验式等多类教学方法，将无人机系统理论知识和实际应用相结合，通过学生自己动手制作四旋翼并调试飞行及参与竞赛，让其知识贯通能力得到增强、工程应用能力充分锻炼，进而激发创新精神与提升创新能力。