基于STM32和计算机视觉的四轴无人机遥控系统开题报告

 2020-02-18 07:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1研究背景

四轴飞行器,也称为四旋翼直升机或四旋翼飞行器,是一种多旋翼直升机,由四个电机提供升力和进行运动。 四轴飞行器被归类为旋翼机,而不是固定翼飞机,因为它们的升力是由一组电机(一般为无刷电机)带动螺旋桨转动产生的。四轴飞行器通常使用两对相同、转动方向相反的固定螺旋桨,以抵消传统单桨转动所产生的反桨矩。通过单独调整每个电机的转速,就可以改变这个螺旋桨提供的升力,进而对整个飞行器的飞行姿态进行控制。这些姿态调整包括升降、前后左右飞行以及自旋。

四轴飞行器自1907年louis breguet成功设计并试飞以来,经历了近百年的更新迭代。四轴飞行器从早期的大型四旋翼直升机逐渐发展成为小型四轴无人飞行器。小型四轴无人飞行器(以下简称无人机)因其具有体积小、灵活性高、操控方便的特点,如今已被应用在科研、军事、航拍、物流、农业等领域。

目前,以世界一流民用无人机制造商大疆科技(dji)为首的多数的民用无人机的飞行控制系统可以实现自主起降和巡航,但由于在实际飞行的过程中仍然存在不可控的人为因素和环境因素,无人机的“炸机”(无人机失控坠地后损坏)事件仍屡见不鲜。尤其是在返航阶段、无人机在接近地面时,gps低空信号质量不佳、气压计于地面和水面采集数据有较大失真、地磁罗盘在金属附近易受干扰会使得炸机事故容易发生。为了提高无人机的机动性和着陆安全性、适应复杂环境、无需太多人工操作的干预,需要提高无人机的自主导航及控制能力。因此,针对无人机着陆问题,研究完全自主的导航技术,日益成为无人机研究领域的重要研究方向。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

2.1.1基于嵌入式微处理的控制模块

传统的四轴无人机操控方式均为遥控器控制,遥控器上有两个操纵杆分别对四个通道进行控制。 油门通道(thr)控制无人机速度;航向角通道(raw)调整机头朝向;俯仰角通道(pit)控制无人机前进后退;横滚角通道(rol)控制无人机左右平动。以富斯(fly sky)fs-i6遥控器为例,四个通道信号通过2.4ghz频段以pwm波的形式从遥控器发射至接受器,被与发射器相连的飞行控制电路(以下简称飞控)采集并解析后控制四个电机响应。想要实现无人机的程控,就必须设计一套系统作为“遥控器”。

得益于嵌入式技术的发展,使用微处理器及最小系统电路即可实现要求的绝大多数要求功能。stm32f103是意法半导体公司(stmicroelectronics)所设计的基于arm cortex-m3内核的微处理器。芯片集成定时器、can、adc、spi、i2c、uart等多种功能,又因其具有体积小、功耗低、易于开发的优点,适合于无人机机载情景。

通过设计以stm32f103为核心的遥控信号接收与输出电路(以下简称遥控板),可以实现控制信号及数据的上位机、无人机间的双向传输。遥控板所使用的stm32f103c8t6微处理器的三个通用同步/异步串行收发器(usart)与较强的运算能力能够连接飞控与外设,并按照一定的通信协议筛选、发送数据。由于无人机供电使用的是12v锂电池,所以遥控板同时也应集成降压电路,并预留多组5v和3.3v供电接口,以支持stm32芯片和外设正常工作。同时遥控板还包括一对采用nrf24l01的2.4ghz无线通讯模块,以串口设备的工作方式完成上位机和遥控板之间的数据收发。

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3. 研究计划与安排

(1)第1-4周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解研究所需理论基础。确定方案,完成开题报告。

(2)第5-6周:熟悉掌握基本理论,完成英文资料的翻译,熟悉相关工具软件的使用。

(3)第7-9周:完成无人机端嵌入式软硬件的开发与调试

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]li, wei, tianguang zhang, and kolja kühnlenz. "avision-guided autonomous quadrotor in an air ground multi-robotsystem." 2011 ieeeinternational conference on robotics and automation. ieee, 2011.

[2]cocchioni, francesco, adriano mancini, and sauro longhi."autonomous navigation, landing and recharge of a quadrotor usingartificial vision." 2014international conference on unmanned aircraft systems (icuas). ieee,2014.

[3]basu, mitra. "gaussian-based edge-detection methods-asurvey." ieee transactionson systems, man, and cybernetics, part c (applications and reviews) 32.3(2002): 252-260.

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