【正文】 任務(wù)，若要在人類難以到達的地方執(zhí)行任務(wù)，如災(zāi)區(qū)、極地等，就必須使用自主巡航。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 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?！揪肺臋n】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 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 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 基于 GPS 的四軸飛行器導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計 摘要 ：四軸飛行器執(zhí)行任務(wù)就必須 人工進行遙控或進行自主巡航。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ The design of four shaft aircraft navigation system based on GPS Abstract： To perform tasks,four shaft aircraft must be remote artificially for control or cruise remote control can only plete the task within sight,If want to perform tasks in the place that human inaccessible,Such as disaster area,polar,etc,you must use independent civilian use independent cruise vehicle executable to the disaster investigation rescue mission such as flood, fire or earthquake。 Autonomous navigation Classification: 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 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。 該四軸飛行機器人由機器人學(xué)國家重點實驗室歷經(jīng)近 4 年的時間自主研發(fā)成功，技術(shù)水平已經(jīng)達到國際同期先進 水平。 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。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。 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。 1993 年底， 24 星座 GPS 系統(tǒng)終于全面建成。設(shè)置兩個按鍵，用以切換不同界面以及設(shè)置目的地坐標(biāo)。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 由軟件選擇的三個模式，分別為空閑模式，節(jié)電模式以及掉電模式。在校驗 FIASH 時， P0作為原碼輸出口，此時 P0必須通過外部被拉高，也就是說要外接上拉電阻。 P2 口為一個 8 位的自身提供上拉電阻的雙向 I/O 口。作為輸入，由于外部下拉為低電平。 ALE/PROG：在平時， ALE 端輸出 1/6 的振蕩器頻率的正脈沖信號，頻率周期不改變，因此它可用作對外定時器或脈沖輸出。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 采用了偽碼擴頻技術(shù)將基帶信號的頻帶從 50hz 擴展到 以將這種低碼率的導(dǎo)航文有效地發(fā)送給用戶。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)。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ LCD 顯示模塊介紹 LCD11264 是一種圖形點陣液晶串口顯示屏，點陣數(shù) 112*64，可以顯示 4*7 行 16*16的漢字。定義如下： unsigned char GPS_latitude[15]。//海拔高度 unsigned char GPS_time1[12]?？梢酝ㄟ^ SWITCH(CASE)語句按次序?qū)⒏鱾€幀數(shù)據(jù)信息從提取出來存入建立的數(shù)組中，將其轉(zhuǎn)換成有需要的、并可使用的定位信息數(shù)據(jù)。而剩下的低 128 位用來顯示英文字符，即英文內(nèi)碼。 BF 為高電平時表示模塊正在進行內(nèi)部數(shù)據(jù)操作，此時模塊在忙狀態(tài)，不會被接受外部指令和數(shù)據(jù)所影響。所以， DISPLAY START LINERST 指令將控制顯示屏幕的起始行顯示，也就是 DDRAM 里的顯示數(shù)據(jù)從哪一行開始在屏幕的第一列進行顯示輸出。如下圖： 圖 34 漢字字模建立 在選項中選擇 C51 格式，陰碼以及逆向列行式： 圖 35 字模設(shè)置 并將建立的漢字字模以數(shù)組的形式存放字庫頭文件中： code unsigned char Char_data_1[]= 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。0x0f))。 Write_LCD_cmd(0xb0+Y*2+1)。 char x=0。//輸入列地址 Write_LCD_cmd(0x04+(Cl_addramp。0x0f))。 短按 k1→短按 k1：進入測量距離界面 (Flag=2)。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 38 按鍵程序流程圖 導(dǎo)航軟件設(shè)計 將目標(biāo)點的經(jīng)緯度存入數(shù)組，并實時將接收到的當(dāng)前經(jīng)緯度與數(shù)組中的值進行比較，控制飛行器前進后退、或左飛右飛和 45176。 GPS 模塊的 RXD 與 TXD 接單片機的 RXD 和 TXD。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ I2C 總線位傳輸 I2C 總線 上 連接的 元 件有 著 不同 類型 的 制造 工藝 ，如 NMOS、 CMOS 以及 雙極性等 ，邏輯 0(低 電平 )和邏輯 1(高 電平 )并不 固定的，它由電源 VCC 的 以及 相關(guān) 的 電平?jīng)Q定，每 次總線上 傳輸一 位 數(shù)據(jù)位就 會有產(chǎn)生 一個 時鐘脈沖。首先是數(shù)據(jù)的最高位 (MSB)送往主機，也就是單片機 ，如果從機 ，即 LCD11264 要完成一些其他功能后 ，然后 才能接 收或發(fā)送下一個完整的數(shù)據(jù)字節(jié)， 也 可以 將 時鐘線 SCL 置為 低電平， 強行將 主機進入等待狀態(tài)，當(dāng)從機 可以接收數(shù)據(jù)的時候軟件置高 SCL 時鐘線，然后接收下個字節(jié)數(shù)據(jù)。 如果傳輸中有主機接收器，它必須通過在從機不產(chǎn)生時鐘的最后一個字節(jié)不產(chǎn)生一個響應(yīng)，向從機發(fā)送器通知數(shù)據(jù)結(jié)束。i++) { if(Wr_datamp。串行端口有一個在 SFR 里 字節(jié)地址為 99H 的 數(shù)據(jù)寄存器 ，在頭文件中定義為 SBUF，這個 寄存器 可以執(zhí)行發(fā)送命令，也可以執(zhí)行接收命 令 ?！?實際上 SBUF 包含兩個獨立的寄存器， 一個是接收寄存器，另一個是發(fā)送寄存 器 ，但它們都共同使用同一個尋址地址 (99H)。在不同工作方式中，由時鐘振蕩頻率的分頻值或由定時器 T1 的定時溢出時間 來計算得出 ， 使用非常方便 。 Wr_dat=1。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ void Write_one_byte_to_LCD(unsigned char Wr_dat) { unsigned char i。當(dāng)從機不能響應(yīng)從機地址時 (例如它正在執(zhí)行一些實時函數(shù) 從而 不能接收或發(fā)送 數(shù)據(jù) )， 這時 從機必須 將 數(shù)據(jù)線保持 在 高 電平，然后 由主機 產(chǎn)生 一個 重復(fù)起始條件開始新的傳輸 或產(chǎn)生 一個停止條件 來 終止 數(shù)據(jù)的 傳輸。 圖 42 起始和停止條件 一般由主機產(chǎn)生 起始和停止條件，總線在起始條件后 就 被 定義為 處 在 忙狀態(tài)，在達到 停止條件 的一段 時間后 就可以將總線定義為 處于空閑狀態(tài)。 它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，方式控制簡單，器件封 裝小，通信速率較高等優(yōu)點。若目標(biāo)點在起飛點的右上方，則先 45176。 短按 k2→短按 k1→短按 k2→長按 k2：退出導(dǎo)航，回到主界面 (Flag=0)。i++) Write_LCD_dat(*p++)。i8。nchar_count。 Cl_addr+=16。i++) Write_LCD_dat(*ptr++)。 for(n=0。 XY 地址計數(shù)器其實也就是 DDRAM 的地址指針， X 地址計數(shù)器是 DDRAM的指針 X， Y 地址計數(shù)器是 DDRAM 的地址指針 Y。 (4) Z 地址計數(shù)器：這是一個用指令 DISPLAY START LINE 預(yù)置的 6位地址計數(shù)器。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 33 漢字顯示 11264 的內(nèi)部器件和相關(guān)功能如下： (1) DFF，即顯示控制觸發(fā)器：此觸發(fā)器是用于控制模塊屏幕顯示的開關(guān)。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 圖 31 GPS 數(shù)據(jù)讀取流程圖 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 字段 9： UTC 格林威治日期，格式為 DDMMYY 字段 10：磁偏角， (000180)度，位數(shù)不足就補上 0 字段 11：磁偏角方向， W 代表西 E，代表東 字段 12：數(shù)據(jù)校驗值 GPS 接收機只要上電并處于工作狀態(tài)，就會循環(huán)不停地把接收并計算 GPS 導(dǎo)航定位信息，并由串行接口傳送給單片機。//經(jīng)度方向 unsigned char GPS_speed_dir[8]。 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 (3)相對論效應(yīng) 導(dǎo)致 于衛(wèi)星鐘和接收機所處的運動速度和重力位不同 ，從而 引起的接收機鐘 與 衛(wèi)星鐘之間 產(chǎn)生 相對誤差。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。該模塊通訊方式是 RS232(波特率4800)，具有并行 12 通道，可同步跟蹤 12 顆衛(wèi)星，定位精度高，體積小，功耗低。另外，略微拉高該引腳時，如果微處理器在執(zhí)行 ALE 外部狀態(tài)禁止，則置位無效。在加密方式為 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在給出地址“ 1”時，由于自身提供上拉電阻，在對八位外部地址數(shù)據(jù)存儲器進行寫或讀的操作時， P2 口輸出的為它的 SFR 里的內(nèi)容。 P1 口：輸出的 4 個 TTL 門電流能被 P1 口的緩沖器接收。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ (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 單片機結(jié)構(gòu)圖 【精品文檔】世界上，成功的有兩種人，一種人是傻子，一種人是瘋子。 89C51 系列單片機帶有非易失性的 Flash程序存儲器，支持 12 時鐘和 6 時鐘操作，并由先進 CMOS 工藝制造。顯示界面采用 11264點陣液晶顯示屏顯示 GPS 芯片接收到的定位數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)以及單片機發(fā)出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，它是 112 行 64 列點陣型液晶顯示模塊。 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。 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。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 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)。 (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。 國內(nèi)外四軸飛行器自主導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 國內(nèi)外飛行器的發(fā)展和應(yīng)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(zāi)害搜救的實際測試中取得很好的效果，并已經(jīng)小批量地投入生產(chǎn)。傻子是會吃虧的人，瘋子是會行動的人！ 1 緒論 研究背景 四軸飛行器 要完成各種任 務(wù)就需要人工無線電遙控導(dǎo)航或者自主導(dǎo)航。Regional airtoground, airtomarine munication relay。該系統(tǒng)能接收并分