【正文】 ....................................................................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(jì)論文V參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................42致 謝 ............................................................................................................................44畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié) ..............................................................................................................45本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1第一章 緒論 論文的研究背景和意義隨著船舶自動(dòng)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(jī)（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(duì)無人船的興趣，其他歐洲國家的現(xiàn)代海軍也相繼引進(jìn)無人水面船?？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(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性直接決定著無人水面船的整體性能。 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(xiàng)目出現(xiàn)。通過配備先進(jìn)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)。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。 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(dá)到四艘小艇在兩人的控制下協(xié)同完成掃雷任務(wù)。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(duì)建立快速海上通道、布置水面信息節(jié)點(diǎn)、進(jìn)行信息中繼與網(wǎng)絡(luò)電子干擾、以集群方式對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行情報(bào)收集、監(jiān)視、偵察、武裝保護(hù)和精確打擊諸方面發(fā)揮積極作用 [12] [14]。此外，哈爾濱工程大學(xué)水下智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室在水下機(jī)器人技術(shù)研究方面也積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)，目前正在開展水面無人艇的概念設(shè)計(jì)和艇體初步設(shè)計(jì)等工作。它用來在 Windows 環(huán)境下開發(fā)應(yīng)用程序，是一種功能強(qiáng)大、行之有效地可視化編程工具。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。(1)自動(dòng)化和宏功能自動(dòng)化（Automation）功能用于實(shí)現(xiàn)一些重復(fù)性過程和工作。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）。在 Visual C++ 中，工作區(qū)文件已 dsw 為后綴名，項(xiàng)目文件已 dsp 為后綴名。在使用加速鍵、對(duì)話框、菜單、字符串時(shí)，如果需要對(duì)多個(gè)項(xiàng)目作同一修改，可以選擇所有要改的項(xiàng)目，然后選擇“View︱Properties” 菜單命令，在 Properties 對(duì)話框中一次完成多個(gè)項(xiàng)的值的更改。從開始菜單中啟動(dòng) Microsoft Visual C++ ，將進(jìn)入 IDE 的主窗口。（3）工具欄工具欄中包括菜單欄中的一些命令，使用起來更快捷方便。 Ⅱ 一個(gè)工程的子工程 。單擊項(xiàng)目工作區(qū)底部的標(biāo)簽可以從一個(gè)視圖切換到另一個(gè)視圖，而每個(gè)視圖都是按層次方式組織的。（7）狀態(tài)欄 狀態(tài)欄用來顯示當(dāng)前的操作狀態(tài)、注釋、光標(biāo)所在的位置等。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過繼承類庫中的已有類，產(chǎn)生更專門、更強(qiáng)大的類庫。除此之外，MFC 還提供了比 API 更高層的抽象 [7]。 第二章，無人自主水面船運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型。 第四章，無人自主水面船岸上控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。 第六章，總結(jié)。本章通過研究無人自主水面船運(yùn)動(dòng)參數(shù)與各坐標(biāo)系的關(guān)系，建立了其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；根據(jù)牛頓定律建立作為剛體的動(dòng)力學(xué)模型；通過分析其受力和力矩情況，根據(jù)動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理建立無人自主水面船的動(dòng)力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上，通過增加簡化條件，建立無人船的水平面運(yùn)動(dòng)方程的一般表達(dá)式和簡化式。{N}坐標(biāo)系相對(duì){E}坐標(biāo)系的位置z用經(jīng)度 、緯度 和高度 表示。T Tz將無人水面船六自由度運(yùn)動(dòng)方程中的參數(shù)寫作向量形式：， ，12TT????????1Txyz????2T?????， ，?vV?uvwpqr?， ，TT????F? TxyzF????Txyz????其中， 為廣義坐標(biāo)向量， 為廣義速度向量， 為廣義力向量 。bzbz[10]。ybx船體坐標(biāo)系下的速度與 NED 坐標(biāo)系下的速度的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為： (21)nbxuyvzw??????????????R歐拉角的一階導(dǎo)數(shù)與角速度向量關(guān)系為：本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10 (22)pqr?????????????????T?其中 1sintacostan0iiee????????????T結(jié)合式(2 1)和式(22) ，建立無人船的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 (23)vηJ()?式中， 。 MRB(v)無人水面船所受外力和外力矩可寫成 (26)ARBDGEDGE????τMτvC()τ?式中， 為粘性流體阻尼力和升力， 為重力和浮力產(chǎn)生的恢復(fù)力， 為外Dτ Eτ部環(huán)境產(chǎn)生的擾動(dòng)力， 為控制力和力矩， 為附加質(zhì)量矩陣， 為附加τA()ACV質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣。在水流作用下的無人水面船動(dòng)力學(xué)方程可表示為 (29)()()()()RBArrrE????MvCvCDvg?? ??式中， 表示無人水面船在船體坐標(biāo)系下相對(duì)于水流的廣義速度，即 ，rv rc?v表示船體坐標(biāo)系下水流的速度。bx 用廣義坐標(biāo)向量 、廣義速度向量 描述無人??1Ty??η??Tuvr?V水面船的水平面運(yùn)動(dòng)，可得水平面運(yùn)動(dòng)方程 (210)1()()?RVMCDτ?式中， ， 為慣性矩陣， 為剛體慣性矩陣， 為附加質(zhì)RBA?=RBAM量矩陣， ， 為剛體的哥氏力和向心力矩陣，()()?CV(v)為附加質(zhì)量的哥氏力和向心力矩陣， 為阻尼矩陣。 無人自主水面船控制系統(tǒng)組成及工作原理 無人自主水面船控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)無人自主水面船控制系統(tǒng)包括船上控制系統(tǒng)和岸上控制系統(tǒng)兩部分。推進(jìn)器調(diào)速模塊GPSPHINS PC104調(diào)速模塊推進(jìn)器無線通信電源模塊開關(guān)控制蓄電池本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14船上與岸上通訊由無線串口通訊模塊完成，船上的無線串口通訊模塊接收岸上控制系統(tǒng)的指令，如開始航行、停止航行、參考航向角等，同時(shí)將無人水面船的航行狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送給岸上控制系統(tǒng)，如經(jīng)緯度、速度、航向角等。IEEEP996 是 ISA 工業(yè)總線規(guī)范，IEEE 協(xié)會(huì)將它定義 ， PC104 實(shí)質(zhì)上就是一種緊湊型的 IEEEP996，其信號(hào)定義和 PC/AT 基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。①CPU 模塊采用 SENBO 公司的 LX3073 系列，它與標(biāo)準(zhǔn)的 PC100%兼容，含有 14 個(gè)中斷通道（8259 兼容） ，7 個(gè) DMA 通道（ 8253 兼容） ，3 個(gè)可編程計(jì)數(shù)器、定時(shí)器（8254 兼容） ，2 個(gè) 16550 兼容的 RS232 串口。它含有 16 通道（16 單端/8 差分） ，16 位分辨率模擬量輸入 A/D 模塊；最大采樣速率 200KHz，外部觸發(fā)能力，中斷和 DMA 操作；1，2，4，8 倍可編程增益；4 通道輸出，12 位分辨率，82C54 可編程定時(shí)器，含 3 個(gè) 16 位，最大 10MHz 計(jì)數(shù)/定時(shí)器。接收機(jī)可在速度大于 515m/s，高度大于 18000m環(huán)境中使用，大大擴(kuò)展了 GPS 使用范圍。其核心部分是光纖陀螺以及與之相匹配的數(shù)字信號(hào)處理器、卡爾曼濾波器。內(nèi)置DIP可切換的 RS232 / RS422 / RS485 接口板，RPSMA天線,工作頻率為ISM 或 GHz，功耗輸出為100 毫瓦 或 50 毫瓦 ( GHz), 商業(yè)級(jí)溫度范圍（070176。它負(fù)責(zé)接收岸上控制系統(tǒng)的控制指令信息，同時(shí)將經(jīng)緯度、姿態(tài)、速度等信息反饋給岸上控制系統(tǒng)，便于岸上控制系統(tǒng)監(jiān)控。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文17 圖 35 推進(jìn)器 岸上控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)岸上控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備主要包括：PC機(jī)、無線串口通訊模塊。RS232C作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中被廣泛采用，它不僅已被內(nèi)置于每一臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)也已被內(nèi)置于從微控制器到主機(jī)的多種類型的計(jì)算機(jī)及其相連接的設(shè)備。PC和XT機(jī)采用DB25 型連接器。表31 DB25和DB9 的常用信號(hào)腳說明9 針串口（DB9） 25 針串口（DB25）針號(hào) 功能說明 縮寫 針號(hào) 功能說明 縮寫1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD2 接受數(shù)據(jù) RXD 3 接受數(shù)據(jù) RXD3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD4 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備 DTR5 信號(hào)地 GND 7 信號(hào)地 GND6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR7 請(qǐng)求發(fā)送 RTS 4 請(qǐng)求發(fā)送 RTS8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL RS232C接口通信分為遠(yuǎn)距離通信和近距離通信。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS232C的控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文19第四章 無人自主水面船岸上控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 引言無人自主水面船控制系統(tǒng)軟件同樣有船上控制系統(tǒng)軟件和岸上控制系統(tǒng)軟件組成。其是程序中一個(gè)常見的用戶界面元素。其中，控件關(guān)聯(lián)變量將使得在程序中可以通過這些變量可以訪問控件的屬性。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文21 圖 42 “New”對(duì)話框（3） 在“MFC AppWizardStep 1”對(duì)話框中，有三種應(yīng)用程序類型可供選擇，分別為 Single document（單文檔） 、Multiple document（多文檔）和 Dialog based（基于對(duì)話框） ，選中 “Dialog based”選項(xiàng)，其他使用默認(rèn)值，如圖 43 所示，然后單擊“Finish”按鈕，在彈出的“New Project Information”對(duì)話框中單擊“OK”按鈕，就可完成工程的建立。 另外，添加控件還可以利用鼠標(biāo)將 Control 工具欄中的控件直接拖到對(duì)話框資源中。 運(yùn)用以上兩種控件的添加方式，根據(jù)所設(shè)計(jì)用戶界面布局，添加所需的全部控件。下表列出了用戶界面所需按鈕以及 Check box 控件的屬性設(shè)置。在編輯對(duì)話框控件變量的界面“Project”下拉列表框中已經(jīng)默認(rèn)選擇PCterminal，在 “Class name”下拉列表框中選擇 CPCTerminalDlg，從 Control IDs列表框中可以看到對(duì)話框中控件們的 ID。以上方法同樣適用于其他的控件成員變量添加，如下表所示，添加所有控件成員變量。此時(shí)在 IDE 左側(cè)單擊“Class View”選項(xiàng)卡，展開類CPCTerminalDlg 節(jié)點(diǎn)，就可以看到添加到該類中的控件變量。這里需要注意，控件和控件變量之間的數(shù)據(jù)交換并非自動(dòng)完成的，即 DoDataExchang（）函數(shù)不是自動(dòng)被調(diào)用的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文