无人驾驶航拍飞机控制系统设计

论文摘要

随着自动控制技术的发展和提高,飞机中出现了一类不用驾驶员驾驶甚至不需要人控制的飞机——无人驾驶飞机。目前无人驾驶飞机已经广泛用于军事领域,执行空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等任务；并且开始在民用航拍、测绘等领域发挥越来越大的作用。此次毕业设计的任务是开发一个可以实现飞机自动航行的控制系统；系统使用Cortex-M3内核的LM3S1138芯片为主控芯片,外加TourMate B165 GPS导航仪和MMA7455L三轴加速度传感器构成开发的硬件平台。本系统在软件架构上借鉴了TCP/IP协议的分层设计思想,将系统分为：硬件层、硬件控制层、逻辑层和应用层四个层次。使用分层架构极大的提高的系统的稳定性和可移植性,使得软件开发过程错误率降低,并且开发出来的程序易于维护和扩展。要控制一架飞机需要很多控制程序协调工作才能完成,本系统模仿分时操作系统,设计了任务管理器。任务管理器可以实现系统任务的调度和切换,使系统“看起来”有多个任务在同时执行。在完成系统整体架构后设计了飞机姿态计算模块,飞机控制模块,GPS解码模块,PWM输出和采集模块、通信管理模块等。最后进行了严格的模块测试和系统集成测试,并对代码进行优化完成了“飞机飞行自动控制系统”。本系统实现预期功能,操作简单,具有良好的实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 市场需求
• 1.3 研究内容和意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.3.3 技术方案比较
• 1.4 本文结构
• 第2章 飞机飞行控制原理
• 2.1 飞机组成结构
• 2.2 飞机的升力和阻力
• 2.3 影响飞机升力和阻力的因素
• 2.4 功能总述
• 2.5 性能指标
• 第3章 硬件平台设计
• 3.1 加速度传感器模块设计
• 3.1.1 设计思想
• 3.1.2 HQ745X数字三轴加速度模块
• 3.2 GPS模块设计
• 3.2.1 CH375B芯片
• 3.2.2 CH375B芯片外围电路设计
• 3.3 电源电路模块设计
• 3.3.1 LM1117芯片概述
• 3.3.2 电源电路设计
• 3.3.3 PCB板集成设计
• 3.4 其他硬件
• 3.4.1 舵机
• 3.4.2 航模
• 3.4.3 遥控器
• 3.4.4 供电电源
• 第4章 系统概要设计
• 4.1 系统架构
• 4.1.1 硬件层
• 4.1.2 硬件控制层
• 4.1.3 逻辑层
• 4.1.4 应用层
• 4.2 系统逻辑设计
• 4.3 硬件逻辑设计
• 第5章 软件详细设计
• 5.1 软件开发平台简介
• 5.2 任务调度管理
• 5.2.1 任务队列
• 5.2.2 任务调度定时器设计
• 5.2.3 完成任务添加和循环
• 5.4 舵机控制
• 5.4.1 PWM信号的产生
• 5.4.2 启动遥控器输入信号采集
• 5.5 串口通信
• 5.5.1 UART使用和配置
• 5.5.2 回调函数处理数据
• 5.6 GPS解码模块
• 5.6.1 解码的流程图
• 5.6.2 程序描述GPS解码
• 2C通信'>5.7 I²C通信
• 5.8 加速度传感器与姿态计算
• 5.8.1 三轴加速度读取程序
• 5.8.2 飞机姿态的计算
• 5.9 飞机自动飞行
• 5.9.1 自动飞行
• 5.9.2 遥控辅助控制
• 第6章 系统测试
• 6.1 测试的必要性
• 6.2 硬件检查及测试
• 6.2.1 传感器和USB转串口电路电气测试
• 6.2.2 模型飞机各个部分的灵活度测试
• 6.3 软件测试
• 6.3.1 任务调度器测试
• 6.3.2 舵机控制测试
• 6.3.3 PWM信号采集测试
• 6.3.4 GPS解码测试
• 6.3.5 加速度传感器测试
• 6.4 测试结论
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 LM3S1138的管脚图
• 附录2 飞机实物图