基于STM32F103C8T6的小四轴无人机悬停代码

我想使用STM32F103C8T6为核心制作一个四轴无人机，下面提供芯片资源配置的代码以及无人机悬停的代码。

首先，从芯片资源配置开始。对于使用STM32F103C8T6制作四轴无人机，你需要配置以下资源：

1. PWM输出来控制四个电机的速度。
2. 读取传感器数据，如陀螺仪和加速度计，以进行姿态控制。
3. 控制器与电机驱动器之间的通信，通常是使用PWM信号或者I2C/SPI。

下面是一个基本的芯片资源配置代码的示例：

#include "stm32f10x.h"

void GPIO_Config(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    // 配置电机PWM输出引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 其他GPIO配置
}

void Timer_Config(void) {
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2 | RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

    // 配置定时器用于PWM输出
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 20000 - 1; // PWM周期为20ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; // 定时器时钟频率为72MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置PWM模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

    // 配置四个通道的PWM输出
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

    TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

    TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

    // 其他定时器配置
}

void ADC_Config(void) {
    // 配置ADC用于读取传感器数据
}

void SPI_Config(void) {
    // 配置SPI用于与传感器通信
}

void main(void) {
    GPIO_Config();
    Timer_Config();
    ADC_Config();
    SPI_Config();

    while(1) {
        // 主循环
    }
}

接下来是一个简单的悬停控制的代码示例。这个例子假设你已经有了一个能够读取陀螺仪和加速度计数据的函数，以及一个能够控制电机速度的函数。这里用到的是基本的PID控制算法来控制四轴无人机的悬停。

#define PID_KP 1.0f
#define PID_KI 0.0f
#define PID_KD 0.0f

float target_altitude = 1.0f; // 目标悬停高度
float current_altitude = 0.0f; // 当前高度

float pid_integral = 0.0f;
float last_error = 0.0f;

void update_pid(float altitude) {
    float error = target_altitude - altitude;
    pid_integral += error;
    float derivative = error - last_error;
    last_error = error;

    float pid_output = PID_KP * error + PID_KI * pid_integral + PID_KD * derivative;

    // 设置电机速度以控制悬停
    // 这里假设有一个函数 set_motor_speed(float speed) 来设置电机速度
    set_motor_speed(pid_output);
}

void main_loop(void) {
    while (1) {
        // 读取陀螺仪和加速度计数据
        float gyro_data = read_gyro();
        float accel_data = read_accelerometer();

        // 通过加速度计数据来估算当前高度
        // 这里假设有一个函数 estimate_altitude(float accel_data) 来估算高度
        current_altitude = estimate_altitude(accel_data);

        // 使用PID控制来悬停
        update_pid(current_altitude);
    }
}

请注意，这只是一个简单的示例代码。在实际项目中，你需要更复杂的控制算法、传感器融合技术以及错误处理等。同时，四轴无人机的制作涉及到很多硬件和软件方面的工作，包括电机驱动器、传感器、通信协议、飞行控制软件等等。因此，在开始制作前，最好对无人机的相关知识有一个较为全面的了解。

当估算高度时，可以利用加速度计的数据来计算。加速度计测量的是重力加速度，根据物体受到的加速度以及重力加速度的方向，可以估算物体的加速度。在无人机悬停的情况下，垂直方向的加速度应该接近于重力加速度。因此，可以通过测量的垂直方向的加速度来估算高度。

在一个简单的例子中，我们可以假设没有任何速度和位移的情况下，加速度计测量到的加速度值应该接近于重力加速度，并且以此为基础来估算高度。这里给出一个估算高度的estimate_altitude(accel_data)简单代码示例：

#define GRAVITY 9.81f // 重力加速度，单位m/s^2
#define SAMPLE_RATE 100 // 加速度计采样率，单位Hz

float estimate_altitude(float accel_data) {
    // 通过加速度计测量到的加速度来估算高度
    // 这里简单地将加速度转换为高度
    // 注意：这是一个非常简单的估算方法，仅供参考

    // 将加速度转换为高度变化率
    float accel_to_height_rate = accel_data / GRAVITY;

    // 根据采样率来计算高度变化
    float height_change = accel_to_height_rate / SAMPLE_RATE;

    // 更新当前高度
    static float current_height = 0.0f;
    current_height += height_change;

    return current_height;
}

假设小四轴无人机使用空心杯电机。它们与普通的直流电机相比有着不同的控制方式，常常采用调制技术，如脉宽调制（PWM）来控制转速。下面是一个简单的set_motor_speed(pid_output)示例代码，演示如何使用PWM信号来控制空心杯电机的转速：

#include "stm32f10x.h"

#define MOTOR_MIN_SPEED 1000 // 最小转速
#define MOTOR_MAX_SPEED 2000 // 最大转速

void set_motor_speed(uint16_t speed) {
    // 确保速度在有效范围内
    if (speed < MOTOR_MIN_SPEED) {
        speed = MOTOR_MIN_SPEED;
    } else if (speed > MOTOR_MAX_SPEED) {
        speed = MOTOR_MAX_SPEED;
    }

    // 设置PWM输出来控制电机速度
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = speed;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

    // 这里假设TIM2通道1对应电机1，TIM2通道2对应电机2，依此类推
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); // 电机1
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); // 电机2
    TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); // 电机3
    TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); // 电机4

    // 更新PWM输出
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);

    TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);

    // 启动定时器
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

在这段代码中，set_motor_speed函数接收一个介于MOTOR_MIN_SPEED和MOTOR_MAX_SPEED之间的速度值，并将其转换为相应的PWM信号来控制电机的转速。你需要根据你的具体电机和无人机的设计来调整MOTOR_MIN_SPEED和MOTOR_MAX_SPEED的值，并根据实际情况配置定时器和PWM输出通道。