【正文】 ................................... 10 GPS 衛(wèi)星信號(hào) .....................................................................................................11 GPS 定位誤差 .....................................................................................................11 LCD 顯示模塊介紹 .............................................................................................. 12 鍵盤模塊 ............................................................................................................... 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 鍵盤模塊 ............................................................................................................... 23 導(dǎo)航軟件設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 24 4 數(shù)據(jù)傳輸 .................................................................................................................. 25 I2C 總線在 LCD 上的應(yīng)用 .................................................................................. 26 【精品整理】：千教萬(wàn)教教人求真，千學(xué)萬(wàn)學(xué)學(xué)做真人！ 藜羹麥飯冷不嘗，要足平生五車書！ I2C 總線簡(jiǎn)介 ..................................................................................................... 26 I2C 總線特征 ..................................................................................................... 26 I2C 總線 相關(guān) 術(shù)語(yǔ) ............................................................................................. 26 I2C 總線位傳輸 ................................................................................................. 27 I2C 總線數(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)過程中的調(diào)試工具 ........................................................................ 55 畢業(yè)論文數(shù)據(jù)集 ......................................................................................................... 56 【精品整理】：千教萬(wàn)教教人求真，千學(xué)萬(wàn)學(xué)學(xué)做真人！ 藜羹麥飯冷不嘗，要足平生五車書！ 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、輸電線路；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)航巡輸電線路，對(duì)輸電線路本體 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【精品整理】：千教萬(wàn)教教人求真，千學(xué)萬(wàn)學(xué)學(xué)做真人！ 藜羹麥飯冷不嘗，要足平生五車書！ 航速度可達(dá)每小時(shí) 70 公里，起飛是的自身重量?jī)H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)銷售了超過 250套 MD4200四旋翼飛行器系統(tǒng)，它們被用于許多不