上海大学 | 翱翔吧，梦之无人机！

“我们这架无人机是全世界独一无二的！从动力到机身再到电路都出自我们三位组员之手，几乎避免了市面上所有机型的硬伤。”这架堪称惊艳的无人机托起了上海大学蒋玮，陈彦昊，龚乐为三位同学的“TI杯”国赛一等奖，也承载着他们大学四年与电子设计相关的无数回忆与汗水。

起飞的背后   

       是漫长的滑翔

“刚开始接触电赛的时候，我们就有一个坚定的信念，那就是抱着捧杯的目标去冲刺。”队长蒋玮自豪地说道。

上海大学的无人机历来是强项，在2019年的TI杯全国大学生电子设计竞赛（后简称“国赛”）中就曾获得无人机赛题的一等奖。无人机能够成为上海大学的传统强项得益于通信学院工程教育中心与德州仪器很早就成立的大学生创新中心、模拟技术联合实验室以及MSP430单片机联合实验室。

TI大学计划为实验中心免费提供了大量各种单片机开发板和模拟电路芯片。在学院开发的教学课程内容上也会涉及到很多TI器件，例如TI-RSLK机器人系统教学套件，其丰富的传感器可以应用于各种各样的应用场景，同学们可以利用它们作为案例来解决各种系统电路设计问题。

于是，在三位同学的心里，从此便埋下了一颗“憧憬夺冠”的种子，这颗种子在四年中不断生根发芽，终于在此刻开花结果。蒋玮，陈彦昊，龚乐为这支无人机“梦之队”始于2019年，这三位各方面能力都在培训小组内属于顶尖的同学强强联手，蒋玮负责无人机机型设计和硬件的组装，龚乐为负责飞行控制和无人机组件的3D打印，陈彦昊负责视觉和印刷电路板的设计。

图：上海大学通信工程学院与TI共建联合实验室

在2020年的“TI杯上海市大学生电子设计竞赛”中，这三位同学初次参加大赛就取得了二等奖的佳绩，蒋玮谈到，这次参赛经历非常重要，让他们在面对这次国赛时驾轻就熟。也是在第一次省赛的过程中，他们总结了很多经验，也对无人机的设计有了全新的想法。“我们上海大学2019年获得国赛一等奖的无人机是全国所有参赛无人机中最小的一架，走的是短小精悍的路线，但是我们这次参赛却完全走了一条相反的路。”

谈起这架独一无二的无人机，同学们的兴奋溢于言表。他们现在的参赛无人机堪称无人机中的“巨无霸”，其设计理念来源于培训中的经验和教训。在之前的培训中，同学们采用的是小机型的无人机，他们每完成一道训练题，就会将无人机更新迭代一次，每一次更新都会增加无人机的负载。

当发现越来越多小型无人机的短板后，他们下定决心一定要从根源上解决这些问题。一般情况下，很多参赛者都会采用能在网上购买到的无人机成品机身套件，采用这种机身套件本身也是比较科学的，但在组装完成后会碰到一个困难，那就是不方便进行自控。在参加电赛时会有很多传感器和控制电路需要安装在无人机上，而一个传统的标准机型支架是非常不利于安装这些传感器及电路板的。面临着这样的困境，三位同学并没有选择走捷径，而是走上了一条“无人机DIY”的漫漫长路。

图：三位同学自己设计的无人机

“我们的无人机完全是自己设计的，所以我们可以在设计无人机时就预留出所有传感器和控制电路板安装的位置，连孔距都是我们计算过的最优状态。”队长蒋玮在谈到这架无人机时，仿佛在和别人介绍自己最亲密的挚友，对它的特点如数家珍。也得益于他们前期无数次的测试，比赛时所有的传感器都可以在预留的位置上达到最佳工作状态，原本传感器之间竞争位置和安装口的情况就不存在了。

同时，他们设计时还考虑到了无人机理线的问题，将信号线电源线隔得足够远，就不会有互相之间的耦合干扰。此外，超大的机身还解决了摄像头因抖动而定位不准的情况，极大程度地增加了无人机刚性，直接就达到了硬件消抖的效果。

 “我们在一次次的试错和打磨后，让这架无人机成为了这次国赛中最大的利器！对我们来说，最大的挑战是在平时，真正上赛场后，反而非常淡定从容了。”龚乐为同学这么总结道。

图：左起为陈彦昊，蒋玮，指导老师丁晓青，龚乐为

在顶点

就能看到最美的风景

在这次国赛中，他们面临的是近几年竞赛无人机题型中设计量最大的一道题，需要使用一架基于四旋翼无人机的模拟植保飞行器完成“播撒农药”的任务，一共有28个区块要撒药，这就意味着无人机需要进行28次输出，且每个光点都要对应得足够精准，并且不能有重复，漏撒和误撒。

赛题难度的提高却并没有令三位同学的信心受到丝毫动摇，“我们平时训练的题目难度也非常大，每次训练‘武器库’里奇怪的装备都会增加，参加比赛就只需要从中挑选出趁手的装备而已。”谈到赛前的训练，三位同学觉得指导老师丁晓青布置的训练题只能用“难到不可思议”来概括。

蒋玮和我们介绍道: “丁老师对我们完全不手软，想尽办法给我们出各种难题，我们在做这些题目时就是痛并快乐着的状态，每次都能收获很多。比如，在赛前训练的小车联动空中投货和模拟牧羊犬的题中，我们学会了如何用激光雷达对杆塔进行定位寻找以及对地图进行网格化处理，这些知识点在这次国赛中都得到了应用。”

这次国赛，蒋玮小组作品的精髓可以说集中在两个高级传感器上——双目摄像头和激光雷达。双目摄像头用来定点，激光雷达用来确定杆子的位置。面对赛题要求的高精度，他们的无人机游刃有余。陈彦昊同学提到，本次赛题的降落精度要求可以说是历来最高，误差不能超过十厘米。而他们的这架无人机独有的细长机脚，会让旋翼离地面非常远。可以最小化地面涡流对于无人机降落的影响，使得降落精度非常高。

此外，由于他们的无人机足够大，他们赛前准备的所有高级传感器和电路板都可以根据需要轻松地放置在无人机上，不会对于无人机续航或者控制造成影响，这也进一步提高了他们无人机的性能表现和精度。值得一提的是，这架无人机的飞行控制电路板的主芯片采用了TI的TM4C系列MCU产品。这款产品的高性价比使其成为了上海大学参赛无人机的标配。

图：参赛无人机

当然，对于三位同学来说，仅仅完成赛题的要求不是他们的终点，他们追求的是极致。第一天，他们就完成了基本要求，第二、三天赛题的采分点他们基本就能达到满分。“高手过招，分秒必争”，对于三位同学这架“巨无霸”无人机来说，速度是他们目前仅有的劣势。为了尽可能减少无人机完成任务的耗时，他们在第四天开足马力彻底修改了一遍主控程序，最终平均每一趟任务只需要1分07秒即可完成，而其他队伍则连2分钟内完成一趟都难以达到。考虑到三位同学无人机庞大的体积，这个速度堪称“登峰造极”，最终获得一等奖也是意料之内了。

未来

继续乘风而行

无人机，陪伴了蒋玮，陈彦昊，龚乐为四年。面对设计中出现的瓶颈，很多人都放弃了拼搏，而他们依然在挑战自己，通过集各校之长，学习国内外的开源工程不断扩展他们的思路，超越原有的技术。

这四年，他们一直在不断寻找一款完美的无人机，最终发现，所谓的完美并不存在，只有不断更新，不断迭代，永不止步。相信在未来，这段全身心备战国赛的时光也将成为他们羽翼，助他们在梦想的天空翱翔。