无人船控制系统设计与实现

发布时间：2017-08-24 22:03

  本文关键词：无人船控制系统设计与实现

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【摘要】：“十二五”规划指出,中国要大力发展海洋经济,海洋经济也就是所谓的蓝色经济。在发展海洋经济的同时,无人船的技术也随之普遍起来。无人船技术在国外发展较早,刚开始主要用于军事领域,随着无人船技术的普及,应用领域慢慢扩展到了海洋探测、环境参数采集、海面巡逻以及气象学等领域。本论文在进行无人船的设计过程中,主要采用了模块化的设计理念,分别对某一个特定功能的模块进行设计,无人船系统包括水上无人船系统和岸基监控子系统,水上无人船系统包括无人船下位机主控制中心和驱动控制中心。无人船下位机主控制中心采用了基于微处理器S3C2440的电路板,对于无人船外围相关的控制和信息采集的相关工作由无人船驱动控制中心完成的,驱动控制中心是一款主要采用了微处理器STM32F103VCT6的控制板。无人船搭载了GPS模块和GPRS模块,通过GPS模块实时的进行无人船的定位,通过与电子地图比较,可以在上位机界面进行无人船航行轨迹的回放；GPRS主要完成无人船和岸基监控子系统之间的通信数据传输,无人船船体还安装了防水型的超声波测距避障模块,当遇到水面障碍物时,可以进行避障,同时还搭载了温湿度传感器,可以对无人船所在的水域进行温湿度的检测,通过无人船监控系统下发读取指令并显示。为了对无人船所在的水域实时监控,采用了5.8GHz的无线网桥进行视频的传输,目前市场上用的无线通信模块大部分是2.4GHz的,为了保证视频信号传输的稳定性,本论文无人船设计采用的是5.8GHz的通信频率,干扰非常小,传输带宽高达300M,全完符合视频传输的要求。无人船装载了高清的监控系统,可以实现无人船的水面巡逻功能。本论文设计的无人船是一款基本型的无人船(Unmanned Surface Vehicles, USV),可以实现基本的航行,结合目前实验室研究的ROY(遥控水下机器人)系统,可以将USV和ROV (Remotely Operated Vehicle, ROV)结合在一起作为载体,搭载智能机器人、高清水下摄像机、光源系统以及海底显微镜等设备,从事水质采样、图像处理、水下非均匀光场、海底微生物观察等各种重要科研项目的科研工作。
【关键词】：无人船 控制系统 GPS轨迹回放 无线网桥 模块化设计
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.82
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题提出的背景和意义10-11
• 1.2 无入船国内外研究的现状11-16
• 1.3 论文研究的内容和架构安排16-18
• 1.3.1 主要研究内容16-17
• 1.3.2 论文写作安排17-18
• 2 无人船整体架构设计方案18-26
• 2.1 无人船船体模块设计18-19
• 2.2 无人船下位机控制子系统19-21
• 2.3 无人船网络通信子系统21
• 2.4 无人船自主导航子系统21-24
• 2.4.1 无人船自主导航模式22
• 2.4.2 基于无线网桥的视频实时监控22-24
• 2.5 无人船信息采集子系统24-25
• 2.6 无人船动力装置子系统25-26
• 3 无人船下位机控制系统硬件电路设计26-44
• 3.1 板载供电系统电路设计27-28
• 3.2 无人船下位机主控制中心的电路设计28-33
• 3.2.1 微处理器S3C2440体系结构28-30
• 3.2.2 复位电路的设计30
• 3.2.3 串口通信电路设计30-31
• 3.2.4 JTAG调试接口电路设计31-33
• 3.3 驱动控制中心电路设计33-35
• 3.3.1 驱动控制中心最小系统设计33-34
• 3.3.2 外围接口电路设计34-35
• 3.4 GPRS通信子系统硬件电路设计35-37
• 3.4.1 USIM卡的介绍35
• 3.4.2 SIM900A简单介绍35-36
• 3.4.3 基于SIM900A的GPRS通信电路设计36-37
• 3.5 GPS全球导航定位系统37-39
• 3.6 驱动子系统电路设计39-41
• 3.6.1 舵机控制模块的电路设计40
• 3.6.2 推进器档位控制40-41
• 3.7 信息采集子系统41-44
• 3.7.1 温湿度接口电路设计41-42
• 3.7.2 超声波测距避障提醒电路设计42-44
• 4 无人船下位机软件系统设计44-54
• 4.1 下位机控制系统的设计44-47
• 4.1.1 操作系统介绍44-45
• 4.1.2 Linux系统移植45-46
• 4.1.3 下位机控制中心程序设计总体框图46-47
• 4.2 GPS模块程序设计47-49
• 4.3 传感器模块底层程序设计49-52
• 4.3.1 超声波模块程序设计49-51
• 4.3.2 温湿度传感器程序设计51-52
• 4.4 无人船驱动系统程序设计52-53
• 4.5 无人船上位机管理软件53-54
• 5 无人船控制系统调试和定位数据分析54-64
• 5.1 实验目的54
• 5.2 无人船实地实验平台的搭建54-57
• 5.3 无人船控制系统测试和定位数据分析57-61
• 5.3.1 无人船定位信息采集与分析57-58
• 5.3.2 无人船的轨迹回放58-60
• 5.3.3 无人船航速控制和相关信息采集60-61
• 5.4 无人船视频实时传输测试61-64
• 5.4.1 无线网桥系统的搭建工作61-62
• 5.4.2 无线网桥视频实时传输的效果62-64
• 6 总结与展望64-66
• 6.1 设计过程的总结64-65
• 6.2 基于无人船后续科研项目的展望65-66
• 参考文献66-68
• 附录68-70
• 致谢70-71
• 个人简历71

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本文编号：733388