【正文】 模塊介紹 .............................................................................................. 12 鍵盤模塊 ............................................................................................................... 13 串口模塊 ............................................................................................................... 14 3 軟件設計 .................................................................................................................. 15 GPS 模塊程序設計 ............................................................................................... 15 GPS 數據格式 (NMEA0183) ............................................................................ 15 LCD 模塊 .............................................................................................................. 18 漢字字模的建立 ................................................................................................ 20 字庫的建立 .............................................................................................. 22 鍵盤模塊 ............................................................................................................... 23 導航軟件設計 ....................................................................................................... 24 4 數據傳輸 .................................................................................................................. 25 I2C 總線在 LCD 上的應用 .................................................................................. 26 IV I2C 總線簡介 ..................................................................................................... 26 I2C 總線特征 ..................................................................................................... 26 I2C 總線 相關 術語 ............................................................................................. 26 I2C 總線位傳輸 ................................................................................................. 27 I2C 總線數據傳輸 ............................................................................................. 28 在 LCD 中的實際應用 ...................................................................................... 28 GPS 的串行 I/O 口傳輸 ........................................................................................ 29 串行 I/O 口簡介 ................................................................................................. 29 串行 I/O 口工作方式 ......................................................................................... 29 5 實物調試 .................................................................................................................. 32 軟硬件測試 ........................................................................................................... 32 實物照片 ............................................................................................................... 32 6 總結與展望 .............................................................................................................. 34 總結 ....................................................................................................................... 34 展望 ....................................................................................................................... 34 參考資料 ..................................................................................................................... 35 附錄 A 部分單片機程序及注釋 ................................................................................ 36 附錄 B 系統(tǒng)設計過程中的調試工具 ........................................................................ 55 畢業(yè)論文數據集 ......................................................................................................... 56 1 1 緒論 研究背景 四軸飛行器 要完成各種任 務就需要人工無線電遙控導航或 者 自主導航。人工遙控導航飛行只能在視野范圍內進行 ， 如果四軸飛行器要執(zhí)行視野范圍 外的 任務 ，就 必須自主導航。 常規(guī)飛行器 一般用 慣性導航 設備或 多普勒測地速設備 ，但 由于 龐大的 體積、 昂貴的 價格等因素 ， 難以 應用于 輕巧 而 廉價的四軸飛行器。 而現今的 全球定位系統(tǒng) GPS，擁有 全天候、全球性、連續(xù)的精密三維導航與定位能力， 并且 重量 和 體積 也非常適合無人四軸飛行器，同時 價格 也相當 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 導航 、航海 導航以及 地面 導航 等 方面應用非常廣。 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 災情調查救援任務 如 水災、火災、地震等；噴灑農田、林區(qū)農藥；監(jiān)測化工廠等 危險 場所 的危險 氣體 的 濃度；巡查輸油管線、輸電線路；連續(xù)監(jiān)控重要 的 設施；區(qū)域性空－地、空－海通訊中繼；當對特定地區(qū)進行日常環(huán)境監(jiān)測 的時候 ，用這種飛行器 來執(zhí)行也很方便和高效 ，自 主 巡查完后 可以 自動返回目的地 并自動記錄 下 存儲 的 數據，大大減少 了 人力成本。據報道自 2020 年 9 月起，為了提高輸電線路的巡檢水平，江西省電力公司采用了無人機航巡輸電線路，對輸電線路本體 缺陷、通道隱患進行快速探測，在各種地形復雜、氣候惡劣 的不利條件下， 在 第一時間 里 準確 、 及時、高效 地 取得現場資料。 本文討論了一種簡單的基于 GPS 的無人飛行器自主導航系統(tǒng)的實現。 國內外四軸飛行器自主導航系統(tǒng)發(fā)展現狀 國內外飛行器的發(fā)展和應用 2020 年 5 月 21 日， 一 臺叫做 “旋翼飛行機器人”的空中多功能自主飛行機器人在 中國 中科院沈陽自動化研究所研制成功，并 在災害 搜救 的實際測試中取得很好的效果 ， 并已經 小批量 地 投入生產。 據 相關人員介紹 ，較大的 四軸飛行器最長可在 4 小時中持續(xù)執(zhí)行任務，并且速度可以達到 每 小時 100 公里 ， 起飛 時的自身 重量 為 120 公斤，并負擔 有效載荷 40 公斤； 而 較小 一點的飛行器擁有最長 2 小時的續(xù)航時間， 最大巡 2 航速度 可達 每小時 70 公里，起飛 是的自身 重量 僅僅 40 公斤， 同時負擔 14 公斤 的有效載荷 。 在 災害 搜救 實際測試 中， 無人四軸飛行器很好地 完成了 從 自主起飛 ，然后根據預設的 航跡點 進行自主巡航飛行， 懸停 在空中或 超低空 來獲取需要的數據或拍攝照片或視頻，最后進行 自主降落等 一系列 科目， 非常完美地執(zhí)行了測試內容 。 該四軸 飛行機器人由機器人學國家重點實驗室歷經近 4 年 的 時間自主研發(fā)成功，技術水平已經達到國際同期先進 水平。 中國 中科院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室 是在 2020 年 成立的 ，此前 作為 中國科學院機器人學 的 重點實驗室。目前，實驗室已經取得了防爆排險機器人、工業(yè) 制造 機器人、蛇形 仿生 機器人、 深水 機器人、網絡機器人等多項重要研究成果。 在德國，已研發(fā)了一種叫做 Microdrones GmbH MD4200垂直起降的微型無人飛行器。 (如圖 11) 圖 11德國 MD4200飛行器 機體采用碳塑材料，因而它兼具輕巧和高強度的特點，同時該材料也使 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、陀螺儀、磁力計、氣壓計、濕度計、溫度計。通過使用 4個同步無刷直驅電馬達，飛行器的噪音非常小 (當轉速小于 2020轉 /分鐘，在 3米處噪音小于 63分貝 )。選配的 GPS 系統(tǒng)能夠實現空間位置鎖定與自動航點導航功能，還可以選擇以 microSD卡作為記錄器的飛行記錄儀來實時記錄和分析飛行數據，所有重要的飛行數據都可以下載到數據中心，包括電池狀態(tài)、高度、姿態(tài)、位置、飛行時間等。 MD4200還具有安全保護措施以避免墜毀，它能夠在電量不足和失去控制信號時自主降落。目前MD4200可以完成一次 充電不低于 20分鐘的飛行時間。 2020年 4月在德國上市以來，短短的 16個月里，在歐洲已經銷售了超過 250套 MD4200四旋翼飛行器系統(tǒng)，它們被用于許多不同領域：航空攝影、空中考古、空中監(jiān)視、植被調查、消防救災、邊境控制、警察、特種部隊和軍隊等等。 3 全球定位系統(tǒng) GPS 發(fā)展概述 簡稱 GPS 的全球定位系統(tǒng) (global positioning system)是隨著現代化科學技術的發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。 GPS 系統(tǒng)主要由三大部分組成，即用戶設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，美國為了給在北極的核潛艇提供精確的導航定位，美國海軍聯合詹姆斯普