基于ARM的小型无人机自动驾驶仪设计

发布时间：2017-10-15 21:01

  本文关键词：基于ARM的小型无人机自动驾驶仪设计

  更多相关文章： 无人机(UAV) 自动驾驶仪 硬件平台 半实物仿真

【摘要】：随着无人机(UAV)在我国军民领域十分广泛的应用,对无人机的整体性能也提出了更高的要求。自动驾驶仪系统是无人机(UAV)的重要组成部分,是保障无人机(UAV)稳定完成任务的前提条件。因此,无人机的自动驾驶仪系统具有十分重要的研究价值。本文在充分分析国内外军用和民用无人机自动驾驶仪的基础上,总结无人机自动驾驶仪的构成和工作原理,给出了以小型无人机为研究对象的自动驾驶仪系统整体设计方案。依据此方案完成自动驾驶仪系统的硬件设计、底层驱动软件设计、控制律软件设计,并根据制作完成的自动驾驶仪硬件平台搭建半实物仿真环境,通过仿真分析验证自动驾驶仪的性能。首先,以ARM Cortex-M3内核的STM32F103为核心微控制器开发设计了自动驾驶仪的硬件平台,硬件平台集成最小系统电路、串口通信电路、CAN总线电路、SD存储卡电路、网线接口电路、传感器电路以及电源电路,其中传感器电路包括陀螺仪、加速度计传感器电路、磁航向传感器电路、气压传感器电路、GPS电路。完成了硬件平台的设计、焊接与调试工作。其次,以硬件平台的设计方案为基准完成面向硬件编程的底层驱动软件设计。以MATLAB/SIMULINK下的小型无人机模型为基准,以PID控制为原则,反馈控制为原理,设计小型无人机的纵向控制律和横向控制律。创新性的提出将遗传算法应用到控制律的设计中,实现对PID三个参数的最优化选择,通过在MATLAB下的闭环仿真,分析所设计控制律的正确性,并编译成C代码完成控制律软件的设计。最后,以FlightGear软件作为视景,编写网络通信协议软件实现和自动驾驶仪硬件平台的通信,完成半实物仿真环境的搭建,验证了自动驾驶仪系统的设计精度及可靠性。本文始终秉承着“高效率、低成本”的开发原则,设计了一套具有自主知识产权的自动驾驶仪系统,为将来继续研究打下良好的基础。
【关键词】：无人机(UAV) 自动驾驶仪 硬件平台 半实物仿真
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V279
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题的选题背景与研究意义12-13
• 1.1.1 课题的选题背景12
• 1.1.2 课题的研究意义12-13
• 1.2 国内外无人机自动驾驶仪研究现状分析13-15
• 1.3 无人机自动驾驶仪的设计需求分析15-16
• 1.4 论文的主要研究内容16-17
• 1.5 论文的章节安排17-19
• 第2章 无人机自动驾驶仪系统总体方案设计19-26
• 2.1 自动驾驶仪的组成与工作原理19-21
• 2.1.1 自动驾驶仪的组成19-21
• 2.1.2 自动驾驶仪的工作原理21
• 2.2 无人机自动驾驶仪的重要组成部分21-22
• 2.3 系统总体方案设计22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 基于ARM的小型无人机自驾仪硬件设计26-46
• 3.1 STM32F103微控制器简介26-29
• 3.2 最小系统电路设计29-31
• 3.3 串口通信电路设计31-32
• 3.4 CAN总线电路设计32-33
• 3.5 SD存储卡电路设计33-34
• 3.6 网线接口电路设计34-36
• 3.7 传感器电路设计36-41
• 3.7.1 陀螺仪、加速度计传感器电路设计36-37
• 3.7.2 磁航向传感器电路设计37-38
• 3.7.3 气压传感器电路设计38-39
• 3.7.4 GPS电路设计39-41
• 3.8 PWM电路设计41
• 3.9 供电电源电路设计41-43
• 3.10 PCB图设计43-45
• 3.11 本章小结45-46
• 第4章 软件的开发与设计46-58
• 4.1 控制律软件设计与开发46-47
• 4.2 底层驱动软件的设计与开发47-57
• 4.2.1 系统的启动过程48-49
• 4.2.2 串口驱动的设计49-50
• 4.2.3 A/D采集电源电压驱动的设计50-51
• 4.2.4 CAN总线驱动设计51-52
• 4.2.5 SD存储卡驱动设计52-54
• 4.2.6 传感器驱动设计54-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第5章 控制律设计58-68
• 5.1 纵向控制律设计58-60
• 5.2 横向控制律设计60-61
• 5.3 基于遗传算法的PID整定61-65
• 5.4 系统闭环仿真65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 第6章 半实物仿真环境的搭建与仿真分析68-76
• 6.1 半实物仿真环境的搭建68-71
• 6.1.1 FlightGear软件简介69
• 6.1.2 FlightGear软件配置69-70
• 6.1.3 FlightGear与硬件平台的通信70-71
• 6.2 闭环半实物仿真分析71-75
• 6.3 本章小结75-76
• 结论76-78
• 附录I 系统实物图78-79
• 参考文献79-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文83

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本文编号：1038658