【正文】 ....................................................................24 岸上控制系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計 ..................................................................27 串口通信模塊 ....................................................................................28 航行任務(wù)設(shè)定模塊 ............................................................................29 監(jiān)控信息處理模塊 ............................................................................30 控制指令解算模塊和指控信息發(fā)送模塊 ........................................31 數(shù)據(jù)的接收與保存 ..........................................................................................32 無人自主水面船與岸上 PC 機間的通訊 .......................................................33 本章小結(jié) ..........................................................................................................34第五章 功能測試與硬件聯(lián)調(diào) ..................................................................................35 引言 ..................................................................................................................35 無人自主水面船船上控制系統(tǒng)軟件簡介 ......................................................35 系統(tǒng)功能模塊測試 ..........................................................................................37 初始化模塊測試 ................................................................................37 GPS 模塊測試 ...................................................................................37 PHINS 模塊測試 ...............................................................................37 串口通信模塊的測試 ........................................................................38 系統(tǒng)硬件聯(lián)調(diào)流程 ..........................................................................................39 本章小結(jié) ..........................................................................................................40第六章 全文總結(jié)與展望 ..........................................................................................41 全文總結(jié) ..........................................................................................................41 研究展望 ..........................................................................................................41本科畢業(yè)設(shè)計論文V參考文獻 ......................................................................................................................42致 謝 ............................................................................................................................44畢業(yè)設(shè)計小結(jié) ..............................................................................................................45本科畢業(yè)設(shè)計論文1第一章 緒論 論文的研究背景和意義隨著船舶自動化技術(shù)的發(fā)展,人船的出現(xiàn)開始, 無人水面船（ USV）雖然較無人機（UAV） 、無人潛水器（UUV ） 、無人車輛（UGV）等研究起步晚，但是發(fā)展迅速. 在第二次海灣戰(zhàn)爭中，無人水面船成功地完成任務(wù)，增加了美國海軍對無人船的興趣，其他歐洲國家的現(xiàn)代海軍也相繼引進無人水面船。而自“911” 之后,隨著美國海軍對瀕海戰(zhàn)爭和反恐任務(wù)投入更多關(guān)注，以美國為代表的西方國家更是將其列為重要的發(fā)展方向。這一切都促進了無人水面船科技的迅猛發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)是無人水面船的最為關(guān)鍵的部分,控制系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性直接決定著無人水面船的整體性能。而自主控制技術(shù)能夠降低系統(tǒng)對于人員和帶寬需求，同時擴展應(yīng)用范圍，對于所有的軍用、民用或?qū)W術(shù)領(lǐng)域的無人系統(tǒng)來說，自主控制技術(shù)都是一個重要的研究領(lǐng)域。無人自主水面船控制系統(tǒng)可以分成船上控制系統(tǒng)和岸上控制系統(tǒng)，船上控制系統(tǒng)采集各個傳感器的信息、執(zhí)行控制指令等，以 PC104 為硬件平臺、 VxWorks 操作系統(tǒng)為軟件平臺；而岸上控制系統(tǒng)進行任務(wù)設(shè)定、控制解算、航行信息監(jiān)控等，以 PC 機為硬件平臺、Visual C++為軟件平臺。本文以 PC 機作為硬件平臺，運用 Visual C++ 為軟件平臺開發(fā)了無人自主水面船岸上控制系統(tǒng)軟件，并完成了控制系統(tǒng)模塊的功能測試實驗以及控制系統(tǒng)硬件的聯(lián)調(diào)。 國內(nèi)外無人水面船研究與應(yīng)用現(xiàn)狀無人水面船的出現(xiàn)可追溯到第二次世界大戰(zhàn)，但是到 1990 年才有大規(guī)模的無人水面船項目出現(xiàn)。冷戰(zhàn)結(jié)束后，由于強大的海上對手不復(fù)存在，而近海地帶一般又擁有大量人口且對各國經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系重大，使得無人水面船成為美國和眾多西方國家海軍關(guān)注的焦點。目前，國外已有多種無人水面船開始應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，特別是以美國為代表的西方國家已將其列為重要的發(fā)展方向。 國外無人水面船的研究現(xiàn)狀目前國外無人水面船的發(fā)展主要側(cè)重于軍事應(yīng)用。通過配備先進的控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及武器系統(tǒng)，無人水面船可廣泛執(zhí)行巡邏、偵察、監(jiān)視、反恐攻擊、掃雷等任務(wù)。而在民用方面。無人水面船則用于水文氣象探本科畢業(yè)設(shè)計論文2測、海上搜救等等。在無人水面船研發(fā)和使用領(lǐng)域，美國和以色列一直處于領(lǐng)先地位，其中的典型型號包括美國的“斯巴達偵察兵” ，以色列的“保護者”、 “海星”等。2022 年，美國海軍研究辦公室(ONR)正式提出建造瀕海戰(zhàn)斗艦(Littoral Combat Ship，簡稱 LCS)的概念。在 2022 年，美國“斯巴達偵察兵” （Spartan Scout）項目正式啟動，它是一種典型的水面高速自主無人船。另外在美國還有若干公司也在開發(fā)研制 USV，也取得了相當(dāng)?shù)倪M展，如美國機器人船舶公司所開發(fā)的“幽靈衛(wèi)士”， 2022 年，以色列拉斐爾武器設(shè)計局向以色列國防軍交付了首批“保護者”（Protector）水面高速自主無人艇。 而英國國防科技實驗室生產(chǎn)的“ 芬里厄”（Fenrir）則已于 2022 年下線，取代傳統(tǒng)的艦載剛性充氣船執(zhí)行高危任務(wù)。 德國則在多無人艇協(xié)同作戰(zhàn)上顯示出特色，所研制的無人艇可達到四艘小艇在兩人的控制下協(xié)同完成掃雷任務(wù)。 亞洲國家中，日本于 2022 年 11 月公布了其第一代海上無人船 OT91，主要執(zhí)行探測與偵察任務(wù)。而新加坡在與美國聯(lián)合研制“斯巴達偵察兵” 無人船的同時，也于 2022 年新加坡航展公布了國產(chǎn)“維納斯 ”軍用無人船。跟蹤國外先進無人艇技術(shù)可以看出，無人艇正朝著智能化、體系化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展。智能水面高速無人艇是順應(yīng)發(fā)展的產(chǎn)物，可在未來戰(zhàn)爭中為大部隊建立快速海上通道、布置水面信息節(jié)點、進行信息中繼與網(wǎng)絡(luò)電子干擾、以集群方式對重點目標(biāo)進行情報收集、監(jiān)視、偵察、武裝保護和精確打擊諸方面發(fā)揮積極作用 [12] [14]。 國內(nèi)無人水面船的研究現(xiàn)狀中國無人水面艇的發(fā)展目前尚處于起步階段，很多關(guān)鍵領(lǐng)域都是空白，與美國等西方發(fā)達國家相比存在很大差距。據(jù)已有的報道，主要有某通信修理廠、沈陽新光公司、哈爾濱工程大學(xué)作過這方面的研究。2022 年，中國第一艘無人駕駛海上探測船“天象一號” 正式亮相，并為北京奧運會的青島奧帆賽提供氣象保障服務(wù)，這也是世界上首次應(yīng)用無人船進行氣象探測。此外，哈爾濱工程大學(xué)水下智能機器人實驗室在水下機器人技術(shù)研究方面也積累了較豐富的經(jīng)驗，目前正在開展水面無人艇的概念設(shè)計和艇體初步設(shè)計等工作。目前，從所見報道分析，我國對智能水面無人艇的探索還處于起步階段，尚未進行系統(tǒng)的研究，特別是在智能、高速、無人等方面的集成，還僅僅停留在遙控艇的研制階段。加之國外對我國進行技術(shù)封鎖，因而在無人自主水面船的研究我們?nèi)杂泻荛L的路要走 [13]。 本科畢業(yè)設(shè)計論文3 Visual C++ 開發(fā)環(huán)境簡介 Visual C++ 開發(fā)工具概述 Visual C++ 是微軟公司的重要產(chǎn)品之一 Visual Studio 工具集的重要組成部分。它用來在 Windows 環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用程序，是一種功能強大、行之有效地可視化編程工具。其以可是化技術(shù)為基礎(chǔ)，以 C++語言為藍本，以眾多的集成工具為骨架，在計算機領(lǐng)域的諸多方面都發(fā)揮著重要的作用。Visual C++ 提供了MFC 類庫，使用戶可以很方便地開發(fā)自己想實現(xiàn)的功能。與 Turbo C 等工具相比，Visual C++ 完成目標(biāo)（尤其對于圖形界面的程序）所花費的時間要少的多。Visual C++ 是微軟公司推出的 Visual C++開發(fā)工具 版本，發(fā)行于Microsoft 的 Visual Studio 套裝軟件中。其在以前版本的基礎(chǔ)上又增加了許多特性。除了支持 Inter 特性外，ADO 數(shù)據(jù)綁定、ATL 復(fù)合控件、Auto Completion、編輯和繼續(xù)特性、OLEDB 提供者模塊、延遲加載移入以及新的調(diào)試特性等都給 Visual C++ 增色不少。 Visual C++ 主要功能特點Visual C++ 中的 MFC 類庫與以前版本相比只是增加了對微軟公司的IntelliMouse （智能鼠標(biāo)）的支持，但 Visual C++ 集成開發(fā)環(huán)境增加了一些新特性，主要包括以下幾個方面 [1]。(1)自動化和宏功能自動化（Automation）功能用于實現(xiàn)一些重復(fù)性過程和工作。宏記錄功能可以根據(jù)用戶的操作自動生成宏操作序列。Visual Studio 及其組件都可以看作對象來處理，這意味著可以進行自動化和諸如打開、編輯、關(guān)閉文檔和調(diào)整窗口等操作。(2)可定制的工具欄和菜單可以靈活地定制菜單和工具欄，是其更適合工作需要。如可以創(chuàng)建新的工具條和菜單（增加、刪除菜單命令和工具條按鈕等）。(3)調(diào)試器可以直接運行和調(diào)試程序，還可以使用宏語言來自動操作調(diào)試器。(4)支持 Inter 連接可以直接在集成開發(fā)環(huán)境（IDE）中查看網(wǎng)頁頁面，可以使用全新的InfoViewer 或注冊的 Web 瀏覽器去查看 Web 上的頁面。(5)項目工作區(qū)和文件本科畢業(yè)設(shè)計論文4一個新的便捷的項目系統(tǒng)應(yīng)該可以允許一個工作區(qū)內(nèi)包含多個不同的項目類型。在 Visual C++ 中，工作區(qū)文件已 dsw 為后綴名，項目文件已 dsp 為后綴名。Build 文件現(xiàn)在分為兩種：內(nèi)部文件（dsp 后綴）和外部文件（mak 后綴）。在 IDE 中創(chuàng)建一個新的工程或從以前版本的工程進行轉(zhuǎn)換時創(chuàng)建，內(nèi)部Build 文件與 NMAKE 外部編譯工具不兼容，可以通過選擇 “Project︱Export Makefile”菜單命令創(chuàng)建一個與 NMAKE 兼容的外部 Build 文件。(6)在工作區(qū)內(nèi)可以包含多個并列的工程文件(7)增強的資源編輯器可以在對話框中使用 WizardBar 將程序同可視化元素聯(lián)系