【正文】 行任務(wù)，并且速度可以達(dá)到 每 小時 100 公里 ， 起飛 時的自身 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(dá) 每小時 70 公里，起飛 是的自身 重量 僅僅 40 公斤， 同時負(fù)擔(dān) 14 公斤 的有效載荷 。 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(shè)施；區(qū)域性空－地、空－海通訊中繼；當(dāng)對特定地區(qū)進(jìn)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(shù)據(jù)，大大減少 了 人力成本。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。if we need get to specific areas for daily environment monitoring,Also can use this return after be automatic search and automatic record store data,greatly reduce the manpower cost. This paper puts forward a method of simple four shaft vehicle navigation system design and implementation which based on system can receive and analyze GPS positioning information that we need,and storage positioning coordinate easily,and autonomous navigation, simulate and then display on the also can measurable flight distance and get accurate satellite time. Introduces the position,positioning error,data receiving of GPS system,and method of parameter extraction,and the establishment of the LCD screen fonts,and the application of characters I2C bus practical the serial transmission technology.. Keywords： GPS。 Important facilities continuous monitoring。同時也可測量飛行距離以及獲得準(zhǔn)確的衛(wèi)星時間。人工遙控只能完成視野內(nèi)的任務(wù)，若要在人類難以到達(dá)的地方執(zhí)行任務(wù)，如災(zāi)區(qū)、極地等，就必須使用自主巡航。 為人隨和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心 的他， 從選題、定題開始，一直到最后論文的反復(fù)修改， 都 始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我 耐心的 指導(dǎo)，幫助我開拓研究思路，點撥 與 鼓勵。本學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。 中國計量學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 基于 GPS 的四軸飛行器 的 導(dǎo)航系統(tǒng) 設(shè)計 The Design Of four Shaft Aircraft Navigation System Based On GPS 學(xué)生姓名 江克楠 學(xué)號 0700107129 學(xué)生專業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級 07 機(jī)電 1 班 二級學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 李運堂 中國計 量學(xué)院 2020 年 6 月 鄭 重 聲 明 本人呈交的畢業(yè)設(shè)計論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。 學(xué)生簽名： 日期： 2020 年 5 月 29 日 分類號： 密 級： 公開 UDC： 621 學(xué)校代碼： 10356 中國計量學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 基于 GPS 的四軸飛行器 的 導(dǎo)航系統(tǒng) 設(shè)計 The Design Of Four Shaft Aircraft Navigation System Based On GPS 作 者 江克楠 學(xué)號 0700107129 申請學(xué)位 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師 李運堂 學(xué)科專業(yè) 機(jī)械 電子工程 培養(yǎng)單位 中國計量學(xué)院 答辯委員會主席 評 閱 人 2020 年 6 月 致謝 隨著這篇本科畢業(yè)論文的最后落筆，我四年的大學(xué)生活也即將劃上一個圓滿的句號。正是 李 老師的無私幫助，我的畢業(yè)論文才能夠得以順利完成，謝謝 李 老師。 用于 民用的自主巡航飛行器可 執(zhí)行水災(zāi)、火災(zāi)、地震等災(zāi)情調(diào)查救援任務(wù)；化工廠等場所有毒氣體濃度監(jiān)測；重要設(shè)施連續(xù)監(jiān)控；輸油管線 和 輸電線路 的 巡查；區(qū)域性空－地、空－海通訊中繼；農(nóng)田、林區(qū)農(nóng)藥噴灑；當(dāng)對特定地區(qū)進(jìn)行日常環(huán)境監(jiān)測，也可以使用這種飛行器，自動巡查完后自動返航并自動記錄存儲數(shù)據(jù)，大大減少人力成本。 詳細(xì)介紹了 GPS 系統(tǒng)的組成、定位誤差、數(shù)據(jù)接收和參數(shù)提取的方法，并同時研究了點陣液晶顯示屏字庫的建立與字符的顯示，以及 I2C 總線串口傳輸技術(shù)的實際運用。 Oil pipelines and transmission line search。 Four shaft vehicle。 常規(guī)飛行器 一般用 慣性導(dǎo)航 設(shè)備或 多普勒測地速設(shè)備 ，但 由于 龐大的 體積、 昂貴的 價格等因素 ， 難以 應(yīng)用于 輕巧 而 廉價的四軸飛行器。據(jù)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(jī)航巡輸電線路，對輸電線路本體 缺陷、通道隱患進(jìn)行快速探測，在各種地形復(fù)雜、氣候惡劣 的不利條件下， 在 第一時間 里 準(zhǔn)確 、 及時、高效 地 取得現(xiàn)場資料。 在 災(zāi)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(jù)預(yù)設(shè)的 航跡點 進(jìn)行自主巡航飛行， 懸停 在空中或 超低空 來獲取需要的數(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)行了測試內(nèi)容 。 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。選配的 GPS 系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)空間位置鎖定與自動航點導(dǎo)航功能，還可以選擇以 microSD卡作為記錄器的飛行記錄儀來實時記錄和分析飛行數(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、飛行時間等。 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(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。同時也被稱為“子午衛(wèi)星系統(tǒng)”，因為 NNSS 中的衛(wèi)星軌道穿過了地極。 由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目不多，工作衛(wèi)星只有 6 顆，同時只有平均約為 1000km 的運行高度，而從地面站觀測到衛(wèi)星的時間的間隔也非常長，平均約 個小時。 GPS 的建成歷經(jīng)了三個階段： 第一階段：完成方案的論證和初步設(shè)計。 1979 年到 1984 年間，美國政府又陸續(xù)將 7 顆試驗型的衛(wèi)星送人軌道，同時也研發(fā)了各種用途的衛(wèi)星信號地面接收機(jī)。 1993 年底， 24 星座 GPS 系統(tǒng)終于全面建成。 GPS 模塊型號為 HOLUX M89， 使用聯(lián)發(fā)科技公司 (MTK)所設(shè)計的低 耗電量芯片 MT3318。 5 2 硬件設(shè)計 硬件總體設(shè)計 硬件總體設(shè)計框架如圖 21 所示，主要由以下模塊組成： (1)89C52RC 單片機(jī)，(2)GPS 模塊 (3)11264 點陣液晶 LCD 模塊 (4)電平轉(zhuǎn)換模塊。 同時 頻率可降至 0，具有極寬的 操作頻率范圍。 (1) 存儲器尋址范圍 64 字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器以及 64K 字節(jié) 程序存儲器 (2) 電源控制模式 空閑模式 掉電模式 時鐘可停止和恢復(fù) (3) 兩個工作頻 率范圍 12 時鐘模式時為 0~33MZH 6 時鐘模式時為 0~20MHZ (4) 12 時鐘操作， 也 可通過軟件或并行編程器 選擇 6 時鐘時鐘操作 (5) 89C51 核心處理單元 全靜態(tài)操作 布爾處理器 89C51X2：具有 4k 字節(jié) 的 Flash 89C52X2：具有 8k 字節(jié) 的 Flash 89C54X2：具有 16k 字節(jié) 的 Flash 89C58X2：具有 32k 字節(jié) 的 Flash 89C51X2：具有 128k 字節(jié) 的 RAM 89C52X2/54X2/58X2：具有 256k 字節(jié) 的 RAM (6) 異步端口復(fù)位 (7) 3 個加密位 (8) 4 個 8 位 I/O 口 (9) LQFP， PLCC， 以及 DIP 封裝 (10) 16 位定時 /計數(shù)器 T1 和 T0(80C51 標(biāo)準(zhǔn) )， T2(比較和捕獲 )是 增加的 (11) 溫度范圍擴(kuò)展 (12) 增強(qiáng)型 收發(fā) 全雙工 UART 識別自動地址 檢測幀數(shù) 的 錯誤 (13) 低 RMI(禁止 ALE 以及 6 時鐘模式 ) (14) 雙數(shù)據(jù)指針 (15) 可通過外部中斷 來 喚醒掉電模式 7 (16) 中斷優(yōu)先級 4 個 (17) 中斷源 6 個 (18) 可編程時鐘輸出 圖 22 51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 8 圖 23 單片機(jī) 管腳圖 單片機(jī)管腳說明： VCC：供電電壓 5V。當(dāng)編程 FIASH 時， P0口輸入 為原碼。 P1 口是 8 位 的并且自身能 提供上拉電阻的雙向 I/O 口，在編程和校驗 FLASH 時， P1 口作為 低 八位地址接收。 當(dāng) P2 口被寫 1 時，其管腳被 自身的 上拉電阻拉 為 高 電 9 平 ，且作為輸入。當(dāng) 利用 外部 ROM 或16 位地址外部 RAM 進(jìn)行存取 數(shù)據(jù) 時， P2 口輸出 的是 地址的高八位。 P3 口也 是 AT89C51 的一些特殊功能口，如下 面 所示： P3 口管腳備選功能 ： (1) (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選 通 ) (2) (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) (3) T1(T1 外部輸入 ) (4) T0(T0 外部輸入 ) (5) (外部中斷 INT1) (6) (外部中斷 INT0) (7) TXD(串行 發(fā)送 口 ) (8) RXD(串行 接收 口 ) P3 口 在 閃爍編程和編程校驗 時可以 接收一些控制信號 。 RST：復(fù)位 腳 。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 低電平 。在 讀 取外部程序存儲器 指令的 期間， /PSEN 選通兩次外部程序存儲器，也就是出現(xiàn) 2 次選通信號 。該模塊的優(yōu)勢是對漂移的處理，功耗在 30 毫安，性價比等多方面都優(yōu)于 SIRF3 芯片。 采用了偽碼擴(kuò)頻技術(shù)將基帶信號的頻帶從 50hz 擴(kuò)展到 以將這種低碼率的導(dǎo)航文有效地發(fā)送給用戶。第二級是將它們的組合碼分別調(diào)制在 L1 和 L2 載波頻率上。雖然美國在 2020 年取消了 SA，但是戰(zhàn)時或必要時，美國可能 會 恢復(fù)或采 取 類似的 衛(wèi)星定位精度 干擾技術(shù)。 (3)相對論效應(yīng) 導(dǎo)致 于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)所處的運動速度和重力位不同 ，從而 引起的接收機(jī)鐘 與 衛(wèi)星鐘之間 產(chǎn)生 相對誤差。 主要 技術(shù)參數(shù)和性能： (1) 電源： +5V (2) 顯示內(nèi)容： 112(列 )X 64(行 )點； (3) 全屏幕點陣； (4) 工作溫度： 10℃至 +60℃，存儲溫度： 20℃至 +70℃。定義如下： unsigned char GPS_latitude[15]。//經(jīng)度方向 unsigned char GPS_speed_dir[8]。//海拔高度 unsigned char GPS_time1[12]。 GPS 模塊處理后并發(fā)送 的數(shù)據(jù)主要由幀 頭 ，幀 尾以及 幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。 一般來說 ，我們 常用的 定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度 以及 時間