【正文】 模塊介紹 .............................................................................................. 12 鍵盤(pán)模塊 ............................................................................................................... 13 串口模塊 ............................................................................................................... 14 3 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 15 GPS 模塊程序設(shè)計(jì) ............................................................................................... 15 GPS 數(shù)據(jù)格式 (NMEA0183) ............................................................................ 15 LCD 模塊 .............................................................................................................. 18 漢字字模的建立 ................................................................................................ 20 字庫(kù)的建立 .............................................................................................. 22 鍵盤(pán)模塊 ............................................................................................................... 23 導(dǎo)航軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 24 4 數(shù)據(jù)傳輸 .................................................................................................................. 25 I2C 總線(xiàn)在 LCD 上的應(yīng)用 .................................................................................. 26 IV I2C 總線(xiàn)簡(jiǎn)介 ..................................................................................................... 26 I2C 總線(xiàn)特征 ..................................................................................................... 26 I2C 總線(xiàn) 相關(guān) 術(shù)語(yǔ) ............................................................................................. 26 I2C 總線(xiàn)位傳輸 ................................................................................................. 27 I2C 總線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 ............................................................................................. 28 在 LCD 中的實(shí)際應(yīng)用 ...................................................................................... 28 GPS 的串行 I/O 口傳輸 ........................................................................................ 29 串行 I/O 口簡(jiǎn)介 ................................................................................................. 29 串行 I/O 口工作方式 ......................................................................................... 29 5 實(shí)物調(diào)試 .................................................................................................................. 32 軟硬件測(cè)試 ........................................................................................................... 32 實(shí)物照片 ............................................................................................................... 32 6 總結(jié)與展望 .............................................................................................................. 34 總結(jié) ....................................................................................................................... 34 展望 ....................................................................................................................... 34 參考資料 ..................................................................................................................... 35 附錄 A 部分單片機(jī)程序及注釋 ................................................................................ 36 附錄 B 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的調(diào)試工具 ........................................................................ 55 畢業(yè)論文數(shù)據(jù)集 ......................................................................................................... 56 1 1 緒論 研究背景 四軸飛行器 要完成各種任 務(wù)就需要人工無(wú)線(xiàn)電遙控導(dǎo)航或 者 自主導(dǎo)航。人工遙控導(dǎo)航飛行只能在視野范圍內(nèi)進(jìn)行 ， 如果四軸飛行器要執(zhí)行視野范圍 外的 任務(wù) ，就 必須自主導(dǎo)航。 常規(guī)飛行器 一般用 慣性導(dǎo)航 設(shè)備或 多普勒測(cè)地速設(shè)備 ，但 由于 龐大的 體積、 昂貴的 價(jià)格等因素 ， 難以 應(yīng)用于 輕巧 而 廉價(jià)的四軸飛行器。 而現(xiàn)今的 全球定位系統(tǒng) GPS，擁有 全天候、全球性、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力， 并且 重量 和 體積 也非常適合無(wú)人四軸飛行器，同時(shí) 價(jià)格 也相當(dāng) 便宜 ，一塊成品的 GPS 模塊一般也就 100 人民幣左右， 因而 GPS 在航空 導(dǎo)航 、航海 導(dǎo)航以及 地面 導(dǎo)航 等 方面應(yīng)用非常廣。 裝載了 GPS 自 主巡航系統(tǒng)后的飛行器大大拓展了其在民用與軍用上的泛用性。 用于 民用型的自主巡航飛行器可 執(zhí)行 災(zāi)情調(diào)查救援任務(wù) 如 水災(zāi)、火災(zāi)、地震等；噴灑農(nóng)田、林區(qū)農(nóng)藥；監(jiān)測(cè)化工廠等 危險(xiǎn) 場(chǎng)所 的危險(xiǎn) 氣體 的 濃度；巡查輸油管線(xiàn)、輸電線(xiàn)路；連續(xù)監(jiān)控重要 的 設(shè)施；區(qū)域性空－地、空－海通訊中繼；當(dāng)對(duì)特定地區(qū)進(jìn)行日常環(huán)境監(jiān)測(cè) 的時(shí)候 ，用這種飛行器 來(lái)執(zhí)行也很方便和高效 ，自 主 巡查完后 可以 自動(dòng)返回目的地 并自動(dòng)記錄 下 存儲(chǔ) 的 數(shù)據(jù)，大大減少 了 人力成本。據(jù)報(bào)道自 2020 年 9 月起，為了提高輸電線(xiàn)路的巡檢水平，江西省電力公司采用了無(wú)人機(jī)航巡輸電線(xiàn)路，對(duì)輸電線(xiàn)路本體 缺陷、通道隱患進(jìn)行快速探測(cè)，在各種地形復(fù)雜、氣候惡劣 的不利條件下， 在 第一時(shí)間 里 準(zhǔn)確 、 及時(shí)、高效 地 取得現(xiàn)場(chǎng)資料。 本文討論了一種簡(jiǎn)單的基于 GPS 的無(wú)人飛行器自主導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 國(guó)內(nèi)外四軸飛行器自主導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外飛行器的發(fā)展和應(yīng)用 2020 年 5 月 21 日， 一 臺(tái)叫做 “旋翼飛行機(jī)器人”的空中多功能自主飛行機(jī)器人在 中國(guó) 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制成功，并 在災(zāi)害 搜救 的實(shí)際測(cè)試中取得很好的效果 ， 并已經(jīng) 小批量 地 投入生產(chǎn)。 據(jù) 相關(guān)人員介紹 ，較大的 四軸飛行器最長(zhǎng)可在 4 小時(shí)中持續(xù)執(zhí)行任務(wù)，并且速度可以達(dá)到 每 小時(shí) 100 公里 ， 起飛 時(shí)的自身 重量 為 120 公斤，并負(fù)擔(dān) 有效載荷 40 公斤； 而 較小 一點(diǎn)的飛行器擁有最長(zhǎng) 2 小時(shí)的續(xù)航時(shí)間， 最大巡 2 航速度 可達(dá) 每小時(shí) 70 公里，起飛 是的自身 重量 僅僅 40 公斤， 同時(shí)負(fù)擔(dān) 14 公斤 的有效載荷 。 在 災(zāi)害 搜救 實(shí)際測(cè)試 中， 無(wú)人四軸飛行器很好地 完成了 從 自主起飛 ，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的 航跡點(diǎn) 進(jìn)行自主巡航飛行， 懸停 在空中或 超低空 來(lái)獲取需要的數(shù)據(jù)或拍攝照片或視頻，最后進(jìn)行 自主降落等 一系列 科目， 非常完美地執(zhí)行了測(cè)試內(nèi)容 。 該四軸 飛行機(jī)器人由機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室歷經(jīng)近 4 年 的 時(shí)間自主研發(fā)成功，技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際同期先進(jìn) 水平。 中國(guó) 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 是在 2020 年 成立的 ，此前 作為 中國(guó)科學(xué)院機(jī)器人學(xué) 的 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)取得了防爆排險(xiǎn)機(jī)器人、工業(yè) 制造 機(jī)器人、蛇形 仿生 機(jī)器人、 深水 機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人等多項(xiàng)重要研究成果。 在德國(guó)，已研發(fā)了一種叫做 Microdrones GmbH MD4200垂直起降的微型無(wú)人飛行器。 (如圖 11) 圖 11德國(guó) MD4200飛行器 機(jī)體采用碳塑材料，因而它兼具輕巧和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，同時(shí)該材料也使 MD4200可以抗電磁干擾。其 AAHRS(高度、姿態(tài)和航向參考系統(tǒng) )使用了如下幾種傳感器：加速計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)、濕度計(jì)、溫度計(jì)。通過(guò)使用 4個(gè)同步無(wú)刷直驅(qū)電馬達(dá)，飛行器的噪音非常小 (當(dāng)轉(zhuǎn)速小于 2020轉(zhuǎn) /分鐘，在 3米處噪音小于 63分貝 )。選配的 GPS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)空間位置鎖定與自動(dòng)航點(diǎn)導(dǎo)航功能，還可以選擇以 microSD卡作為記錄器的飛行記錄儀來(lái)實(shí)時(shí)記錄和分析飛行數(shù)據(jù)，所有重要的飛行數(shù)據(jù)都可以下載到數(shù)據(jù)中心，包括電池狀態(tài)、高度、姿態(tài)、位置、飛行時(shí)間等。 MD4200還具有安全保護(hù)措施以避免墜毀，它能夠在電量不足和失去控制信號(hào)時(shí)自主降落。目前MD4200可以完成一次 充電不低于 20分鐘的飛行時(shí)間。 2020年 4月在德國(guó)上市以來(lái)，短短的 16個(gè)月里，在歐洲已經(jīng)銷(xiāo)售了超過(guò) 250套 MD4200四旋翼飛行器系統(tǒng)，它們被用于許多不同領(lǐng)域：航空攝影、空中考古、空中監(jiān)視、植被調(diào)查、消防救災(zāi)、邊境控制、警察、特種部隊(duì)和軍隊(duì)等等。 3 全球定位系統(tǒng) GPS 發(fā)展概述 簡(jiǎn)稱(chēng) GPS 的全球定位系統(tǒng) (global positioning system)是隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 GPS 系統(tǒng)主要由三大部分組成，即用戶(hù)設(shè)備部分以及空間星座部分和地面監(jiān)控部分組成。 1958 年 12 月，美國(guó)為了給在北極的核潛艇提供精確的導(dǎo)航定位，美國(guó)海軍聯(lián)合詹姆斯普