發(fā)布時間：2017-05-23 06:19

  本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器視覺的小飛機(jī)控制平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著控制技術(shù)和控制器件的飛速發(fā)展，無人機(jī)的研究越來越受到更多的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。各種無人機(jī)產(chǎn)品也逐漸由軍用轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域。本項目來源于“985”工程建設(shè)項目，在開發(fā)視覺技術(shù)與嵌入式技術(shù)的同時，最終研制的利用視覺控制可以自動飛行的四旋翼小飛機(jī)控制平臺可用于教學(xué)演示和飛行控制原理的驗證等。 國內(nèi)雖然有一些高校和科研院所在研究四旋翼飛機(jī)，但絕大多數(shù)集中于對飛機(jī)自身控制技術(shù)的研究或者飛機(jī)自身控制器的搭建，而在飛控的研究領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)可以生產(chǎn)出性能優(yōu)越的四旋翼飛控，所以，本項目則避開飛機(jī)自身控制器的研究和研發(fā)，直接利用現(xiàn)有的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)而開發(fā)飛機(jī)的外界控制，即利用傳感器基于嵌入式平臺搭建反饋回路來代替人的操控，從而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的自動飛行。 整個平臺由一個攝像頭、一個超聲傳感器、一個MEMS陀螺、一臺PC、一塊ARM開發(fā)板、一塊單片機(jī)開發(fā)板和一個四旋翼小飛機(jī)構(gòu)成。在天花板布置的攝像頭會采集飛機(jī)在視場內(nèi)的圖像，經(jīng)過圖像處理以識別飛機(jī)在空間內(nèi)的平面位置和姿態(tài)。超聲傳感器固定在飛機(jī)上用來測量飛機(jī)的垂直高度，，而當(dāng)飛機(jī)傾斜導(dǎo)致超聲發(fā)射傾斜時，所測得的數(shù)據(jù)并非飛機(jī)的垂直高度，利用MEMS陀螺檢測飛機(jī)傾角來計算飛機(jī)的垂直高度。 平臺中各個平臺的任務(wù)分工明確，PC負(fù)責(zé)圖像的獲取與處理任務(wù)、超聲傳感器和陀螺的數(shù)據(jù)讀取與處理任務(wù)，并綜合計算出飛機(jī)的位置姿態(tài)，即(x, y, z, θ)。平臺中通過WIFI無線通信將PC的數(shù)據(jù)及時發(fā)送給ARM，ARM接收數(shù)據(jù)之后根據(jù)控制策略和規(guī)劃好的飛機(jī)的飛行路徑來決策發(fā)送給飛機(jī)的控制指令，這些指令傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)按照指令來輸出PWM波形，進(jìn)而控制飛機(jī)在3維空間內(nèi)按照規(guī)劃的路徑自動飛行。 平臺中，在對飛機(jī)進(jìn)行了機(jī)械改裝之后，利用人工輔助的方法成功完成實(shí)驗，四旋翼飛機(jī)可以自動點(diǎn)火、起飛、懸停、按照路徑飛行、降落和熄火。最后采集了飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)，并對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)的控制性能做了總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼飛機(jī) 嵌入式系統(tǒng) 視覺 自動飛行
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題的研究背景與意義9-10
• 1.2 小型飛行器控制的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 嵌入式系統(tǒng)與視覺的應(yīng)用11-12
• 1.3.1 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用11
• 1.3.2 機(jī)器視覺的研究與應(yīng)用11-12
• 1.4 課題研究內(nèi)容介紹12-14
• 第2章 小飛機(jī)的改進(jìn)與嵌入式平臺的搭建14-26
• 2.1 四旋翼飛機(jī)的組裝與機(jī)械改進(jìn)14-17
• 2.1.1 四旋翼飛機(jī)的組裝與飛行測試14-15
• 2.1.2 飛機(jī)防撞裝置的設(shè)計15-17
• 2.2 小飛機(jī)的調(diào)試與飛控參數(shù)的整定17-21
• 2.2.1 飛行調(diào)試與參數(shù)的確定17-19
• 2.2.2 飛機(jī)控制器所接收的信號的判斷測量與確定19-21
• 2.3 基于 ARM 的 Linux 嵌入式開發(fā)環(huán)境的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)21-25
• 2.3.1 開發(fā)板從 SD 卡啟動的 Ubuntu 系統(tǒng)的制作21-22
• 2.3.2 超級終端 minicom 的搭建及交叉編譯鏈的制作22-24
• 2.3.3 NFS 文件共享系統(tǒng)的建立24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 基于嵌入式系統(tǒng)的飛控平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)26-41
• 3.1 項目硬件平臺概要26
• 3.2 機(jī)器視覺硬件平臺26-27
• 3.3 超聲測高的硬件實(shí)現(xiàn)27-31
• 3.3.1 測距傳感器的選型27-29
• 3.3.2 基于超聲傳感器的測高模塊29-31
• 3.4 運(yùn)用陀螺對高度數(shù)據(jù)校正的硬件實(shí)現(xiàn)31-34
• 3.5 OMAP3530 開發(fā)板設(shè)備驅(qū)動程序的移植與配置添加34-39
• 3.5.1 USB 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動的編譯配置和添加34-35
• 3.5.2 有線網(wǎng)卡驅(qū)動的編譯配置和添加35-37
• 3.5.3 無線網(wǎng)卡驅(qū)動的移植和配置添加37-39
• 3.6 Mega128 單片機(jī)輸出控制信號的硬件實(shí)現(xiàn)39-40
• 3.7 本章小結(jié)40-41
• 第4章 小飛機(jī)控制平臺軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)41-56
• 4.1 系統(tǒng)軟件架構(gòu)概要41
• 4.2 圖像處理與飛機(jī)位置姿態(tài)的獲取41-45
• 4.3 基于超聲與陀螺的飛機(jī)高度測量的實(shí)現(xiàn)45-49
• 4.3.1 超聲測距的 Windows API 串口編程實(shí)現(xiàn)46-47
• 4.3.2 運(yùn)用陀螺對超聲測高數(shù)據(jù)的校正47-49
• 4.4 圖像進(jìn)程與超聲進(jìn)程通信的實(shí)現(xiàn)49-50
• 4.5 PC 與 ARM 的 WIFI 通信的實(shí)現(xiàn)50-53
• 4.5.1 TCP 通信方式的實(shí)現(xiàn)50-52
• 4.5.2 UDP 通信方式的實(shí)現(xiàn)52-53
• 4.6 ARM 進(jìn)行通信中轉(zhuǎn)與控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)53-54
• 4.7 單片機(jī)輸出信號控制飛機(jī)的實(shí)現(xiàn)54-55
• 4.8 本章小結(jié)55-56
• 第5章 飛行控制策略的設(shè)計與飛行試驗56-66
• 5.1 四旋翼飛機(jī)的控制56-57
• 5.2 控制策略的設(shè)計57-59
• 5.3 飛行實(shí)驗與參數(shù)的調(diào)試59-62
• 5.4 實(shí)驗結(jié)果分析62-64
• 5.5 本章小結(jié)64-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果72-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 段勇;徐心和;;自主足球機(jī)器人視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J];東北大學(xué)學(xué)報;2006年01期

2 李磊;熊濤;胡湘陽;熊俊;;淺論無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及前景[J];地理空間信息;2010年05期

3 朱華勇;牛軼峰;沈林成;張國忠;;無人機(jī)系統(tǒng)自主控制技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];國防科技大學(xué)學(xué)報;2010年03期

  本文關(guān)鍵詞：基于嵌入式系統(tǒng)與機(jī)器視覺的小飛機(jī)控制平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：387021